正交异性钢桥面板疲劳验算

国内外已得到广泛应用的正交异性钢桥面板在车辆荷载的作用下容易疲劳开裂，可是目前各国公路桥规还没有其疲劳验算的细则。本文对钢桥疲劳验算所涉及的诸如荷载、结构分析、低应力幅处理、焊接节点的疲劳强度、验算方法等问题进行了探讨，并通过一个实例来加以说明。

焊接结构超高周疲劳主S-N曲线拟合及寿命预测方法

超声波疲劳试验是获得焊接接头超高周疲劳强度的实用方法.目前还没有有效方法能够预测和评估任意焊接接头形式的超声超高周疲劳寿命.文中提出了一种超声简谐共振条件下,评估焊接接头疲劳寿命的瞬态结构应力法,以及超声超高周疲劳主S-N曲线拟合方法.基于已公开的300个焊接接头试验数据,拟合了铝合金焊接接头20 kHz超高周主S-N曲线.通过共振模型瞬态仿真分析,后雨流计数获得响应等效结构应力谱,与超高周疲劳主S-N曲线预测焊接结构疲劳寿命.结果表明,结构应力集中系数不会因焊接接头受到振动或外载大小变化而改变;拟合的超高周疲劳主S-N曲线是一条新的m=16.5的窄带,将主S-N曲线法理论的适用范围拓展到了超高周区域,可用于任意接头形式的焊接结构件超声振动超高周疲劳寿命预测.

高层钢框架支撑结构多尺度风致疲劳分析方法

为了研究高层钢结构风致疲劳性能,提出了一种由整体尺度到局部节点尺度再到局部焊缝尺度的结构多尺度疲劳分析方法.选取某高层钢框架支撑结构为实际工程,模拟了相应的风荷载,通过建立结构的多尺度有限元模型,对模型进行时程分析,确定了结构应力较为集中的梁柱节点,并得到其应力集中的区域.然后,采用热点应力法对裂纹萌生寿命进行评估,并研究了单元类型及网格划分尺寸对结果的影响.结果表明:该结构底层边跨梁柱节点内侧梁上翼缘板的侧下部易产生较大的应力集中而萌生疲劳裂纹;对于焊缝附近的网格划分类型来说,线性单元及网格尺寸4 mm已基本满足精度需要;该工程的疲劳裂纹萌生寿命为335 a.

焊接残余应力对钢结构疲劳性能影响研究

针对机车车辆各焊接承载部件的结构疲劳性能,在广泛参考和借鉴国际上动态承载焊接结构的疲劳研究成果,并对各种现行国内外工业设计标准或规范进行对比研究的基础上,主要就焊接残余应力的结构疲劳性能影响及其考虑方式相关内容进行了详细和深入的探讨。明确在机车车辆各焊接承载部件的焊缝接头疲劳设计、强度评定及寿命预测分析中,必须重视焊接残余应力的疲劳影响作用,并应依据实际结构几何及焊缝接头形式、承载特点、残余应力真实分布等因素,采取适当方法予以合理考虑。

Q235B钢对接焊接头振动S-N曲线的分析

通过分析确定Q235B钢对接焊接头的振动疲劳S-N曲线与静疲劳S-N曲线是具有相同斜率的连续型曲线,并基于静疲劳S-N曲线推得振动疲劳S-N曲线的表达式.文中通过试验确定了Q235B钢对接焊接头的静疲劳S-N曲线和不同加载频率下对应的真实拉伸强度,确定了振动疲劳修正系数为0.345 2,经过残余应力和接头板厚修正后,利用振动疲劳S-N曲线预测了疲劳寿命为5×106周次时振动疲劳极限为114.84 MPa,与试验值相差仅为7.60%.结果表明,文中所用方法能够用于Q235B钢振动S-N曲线的推断.

基于等效结构应力法的铸钢分叉节点环形对接焊缝的疲劳分析

为了掌握铸钢分叉节点与构件连接时焊缝的疲劳性能,利用等效结构应力法对铸钢分叉节点的环形对接焊缝进行了疲劳分析。通过等效结构应力场和缺口应力场确定网格不敏感结构应力,并综合考虑裂纹扩展、缺口应力和疲劳寿命等影响因素,实现等效结构应力的转化,再结合疲劳设计主S-N曲线对焊缝的疲劳寿命进行计算;在ABAQUS静力分析的基础上,利用基于等效结构应力法原理而开发的有限元分析软件FE-SAFE/VERITY,对铸钢分叉节点环形对接焊缝的疲劳寿命进行了分析。研究结果表明:铸钢分叉节点主管端部的环形对接焊缝最危险处的循环次数为105.711;等效结构应力法具有网格不敏感性,利用等效结构应力法能够较好地预测铸钢分叉节点环形对接焊缝的疲劳寿命。

基于热点应力法的钢管混凝土焊接节点疲劳构造细节比较

以钢管混凝土组合桁梁桥为研究对象,总结给出基于热点应力法的节点疲劳评估流程,并对其疲劳构造细节进行研究。结果表明:在矩形空管等宽节点基础上,主管内填混凝土使得节点支、主管表面最大热点应力幅分别降低10.86%和26.51%,节点疲劳寿命提高3.78倍;在圆形空管节点基础上,主管内填混凝土使得节点支、主管表面最大热点应力幅分别降低13.88%和16.39%,节点疲劳寿命提高2.11倍;在主方支圆空管节点基础上,主管内填混凝土使得节点支、主管表面最大热点应力幅分别降低20.06%和29.81%,节点疲劳寿命提高1.92倍;此外,对于矩形钢管混凝土节点,先后在主管内壁设置PBL加劲肋和腹板采用整体节点板,支管表面最大热点应力幅分别继续下降12.11%和29.20%,主管表面最大热点应力幅分别继续下降8.81%和15.64%,由此可知,改变矩形空管节点的构造细节,可以使焊趾处的应力分布趋于均匀,疲劳寿命得到显著提高;同时,在确保各类节点几何尺寸基本相当的前提下,研究得到各类节点疲劳性能优劣次序为PBL加劲型矩形钢管混凝土焊接整体节点、PBL加劲型矩形钢管混凝土等宽节点、矩形钢管混凝土等宽节点、矩形空管等宽节点、圆形钢管混凝土节点、圆形空管节点、主方支圆钢管混凝土节点、主方支圆空管节点。

不同强度匹配10CrNi3MoV船体钢焊接结构的安全评定

为了研究不同强度匹配对焊接接头安全性能的影响,基于"欧洲工业结构完整性评定程序(SINTAP)"提供的失效评定图FAD方法,针对不同强度匹配的10CrNi3MoV船体钢焊接接头,建立了对应的失效评定曲线。根据母材与焊缝的拉伸试验及CTOD(裂纹尖端张开位移)试验结果,对比分析了3种匹配条件下的接头安全评定结果。研究表明,对于选定的评定级别,不同强度匹配系数对FAD图形状的影响很小;焊缝强度较高时,接头对塑性失稳的抵抗能力取决于母材性能;接头韧度水平相似时,低匹配接头对塑性失稳及脆性断裂的抵抗能力均稍差,弱于等匹配与高匹配;焊缝强度稍高于母材的"等强匹配"安全裕度最大,安全性最佳。

基于结构应力法的焊缝错边疲劳性能分析

为了研究焊缝错边程度及相关错边处理方法对焊接件疲劳性能的影响,选用常见的对接焊试件作为研究对象,基于结构应力法,采用有限元软件ABAQUS分别计算试件在拉伸荷载、弯曲荷载和拉-弯组合荷载作用下的应力集中系数和疲劳寿命,分析错边程度、堆焊坡度、焊缝余高、焊趾半径等参数对疲劳性能的影响规律。研究结果表明:焊缝错边对拉伸荷载和拉-弯组合荷载较为敏感,且疲劳性能随错边程度的增加明显下降;焊缝错边对弯曲荷载不敏感,且当拉-弯组合荷载中弯曲荷载比例增大时,疲劳性能明显提升;设置堆焊坡度对改善拉伸荷载工况下疲劳性能效果最为显著,而焊缝余高和焊趾半径对疲劳性能的影响较小。

高耸高层钢结构焊缝疲劳劣化机理与寿命预测研究评析

高耸高层钢结构焊缝在风和地震作用下的疲劳裂纹萌生和扩展是一种危及结构安全甚至引起结构倒塌的钢结构重要破坏形式,已经引起国际土木工程领域的关心和重视.高耸高层钢结构焊缝多轴高周弹性应力疲劳和多轴低周塑性应变疲劳劣化机理和寿命预测的研究现状是:1)焊缝应力和应变演化过程分析;2)焊缝疲劳损伤表征;3)焊缝疲劳寿命预测与设计方法.在此基础上指出未来的主要研究方向,包括:1)焊缝多尺度应力和应变状态模拟方法;2)焊接残余应力场的产生机理、分布模式和松弛规律;3)焊缝等效疲劳损伤参量的数力学表征;4)焊缝疲劳劣化机理;5)焊缝疲劳寿命预测方法.研究结果可为高耸高层钢结构焊缝疲劳劣化机理与寿命预测研究提供参考.

某桥正交异性钢桥面板结构受力分析

某桥主梁采用正交异性钢桥面板结构,为研究在轮载作用下,该桥正交异性钢桥面板受力和抗疲劳性能是否满足要求,建立该桥正交异性钢桥面板局部模型,计算轮载作用下其挠度、曲率半径和应力,并结合规范估算构造细节的疲劳强度。结果表明,在轮载作用下,桥面板主要变形区域较小,最大肋间相对挠度为0.28mm,满足限值要求,但最小曲率半径不满足规范规定;在纵向U肋、横隔板与桥面板连接处局部出现较明显的应力集中现象,且横向正应力普遍大于纵向正应力,但应力未超过限值;疲劳寿命最小的连接细节为纵肋与横梁的连接部位和横梁腹板开孔部位,应力幅值分别达77.4 MPa和127.9MPa,疲劳寿命分别为1.8×106和3.4×105次,远小于规范要求;该桥需要通过改变构造以及设计合理的桥面铺装来改善结构受力情况。

循环载荷下钢结构焊接接头的疲劳失效分析

通过分析焊接接头疲劳失效的机理及影响其疲劳强度的因素,提出了改善焊接接头疲劳性能的一些措施,并对改善焊接接头疲劳性能的新技术作了展望,从而解决了钢结构的疲劳失效问题。

船体结构钢焊接节点振动疲劳强度评价

对船体结构钢（2C和903）焊接节点进行了振动疲劳强度试验研究，建立了一个基于疲劳试验结果得到的σ99.9与已有规范中疲劳允许力值[σ]之间的关系。这个关系对今后规范中允许应力的制定有参考价值。

钢桥面板U肋-盖板构造细节(子系统1)疲劳受力行为研究

正交异性钢桥面板受力行为复杂,基于子系统可以更加有效地分析钢桥面板的疲劳受力行为,以钢桥面板子系统1为研究对象,分析轮载作用面积和轮载作用位置对子系统1疲劳受力行为的影响,在此基础上分析了盖板厚度和U肋厚度对U肋-盖板构造细节处3个弯矩的影响。同时基于等效结构应力法,对子系统1的主导疲劳开裂模式进行研究。研究结果表明:轮载作用面积为600 mm×200 mm且轮载作用在U肋间时,子系统1中U肋-盖板构造细节的受力最不利;子系统1以U肋外侧弯矩Mr大于U肋内侧弯矩Ml的情况为主;子系统1焊根开裂模式的主导疲劳开裂模式均为开裂模式Ⅱ,增大盖板厚度能有效降低焊缝焊根开裂的风险;焊趾开裂模式的主导疲劳开裂模式与盖板和U肋厚度有关,增大盖板厚度能减小开裂模式Ⅰ发生的概率,增大U肋厚度能减小开裂模式Ⅲ发生的概率;在焊根和焊趾的主S-N曲线相同的情况下,子系统1的主导开裂模式为焊趾开裂模式。

基于标准的轨道车辆碳钢车体承载焊接结构疲劳性能研究

结合轨道车辆国际标准、结构应力法及有限元模型,研究在设计阶段碳钢车体疲劳损伤关键位置的识别.利用BS7608:2014+A1:2015和BS EN-1993-1-9:2005标准中的名义应力法和ASME—2007标准中的结构应力法,研究长角焊缝焊接接头疲劳强度,结果表明:基于结构应力法的接头疲劳损伤大于基于BS7608标准与EN1993标准中名义应力法的接头疲劳损伤;在EN12663-1:2010标准的疲劳载荷作用下,通过车体焊接结构主应力值确定了位于底架牵枕缓区域和底架中部区域的4条疲劳评估焊缝,分析了这些焊缝处的主应力、距离焊缝5 mm和10 mm处的主应力和焊趾处的结构应力沿焊缝的变化曲线,识别出应力集中发生部位;使用结构应力法进行焊缝疲劳评估时,接头累积损伤值均高于使用名义应力法时的累积损伤值.基于结构应力法的缓冲梁纵梁焊缝、枕梁下盖板角焊缝的累积损伤分别为0.701和0.678.使用名义应力法评估焊缝疲劳时,如果焊缝附近区域单元尺寸粗糙,没有明显的应力梯度,就会存在评估节点选取的困难,进而影响疲劳损伤计算结果的准确性.

随机疲劳载荷对焊接接头裂纹扩展的研究

海洋结构物如海洋石油平台等，在其工作寿命内承受一系列载荷，如固定载荷、变动载荷和环境载荷．其主要载荷属随机性质，焊接接头往往成为结构物的危险部位．本文研究了Ａ５３７钢焊接接头在随机疲劳载荷作用下，疲劳裂纹的扩展行为，及载荷比和频率对疲劳裂纹扩展的影响．按试验结果，建议：ｄａ／ｄＢ＝１７１×１０－１０（ΔＫｒｍｓ）４５４可用于估算焊接接头疲劳裂纹的扩展．

残余应力对水下耐压结构典型焊接接头疲劳强度的影响

水下耐压结构典型焊接接头模型常采用高强度钢建造,对焊接残余应力较为敏感,因此有必要针对残余应力对其疲劳强度的影响进行相关研究。采用ANSYS的APDL语言编程,通过数值模拟分析得到典型焊接接头的焊接残余应力;并基于局部应力—应变法,对水下耐压结构典型焊接接头考虑与不考虑残余应力这2种情况下结构的疲劳寿命进行数值分析。研究发现:典型焊接接头在凹锥面焊缝附近其残余应力最大,寿命最短;其寿命周期为104,属低周疲劳范围;随着外载荷的增加,疲劳寿命最小值也随之减小;残余应力的存在会明显降低典型焊接接头的疲劳寿命。

高频机械冲击处理的焊接接头疲劳强度评定

目的研究结构应力法和缺口应力法评估经高频机械冲击处理的高强度钢焊接接头疲劳强度。方法在名义应力法相关的研究基础上,采用结构应力法和缺口应力法,分析四种常见焊接接头经高频机械冲击焊后处理的疲劳测试数据,通过统计分析得出各评估应力系统下合适的特征强度FAT值。将统计结果分别与各种焊接接头的疲劳测试数据对比,分析其FAT值的适用性。结果分别在结构应力系统和缺口应力系统下导出了特征疲劳强度推荐FAT值。它们采用随材料屈服强度变化的FAT等级和m=5的S-N斜率指数,且与各种接头的疲劳数据符合较好。结论经高频机械冲击处理后,钢材的焊接接头疲劳强度对材料屈服强度有明显的统计差异,需要采用随材料屈服强度变化的FAT等级。采用文中分析得出的结果,可以在不失安全的情况下,充分利用高强度钢材经高频机械冲击焊后处理的优异特性。

激光冲击强化对异种不锈钢焊接接头振动疲劳性能影响的分析

研究了1Cr14Ni3W2VB/1Cr18Ni9Ti异种不锈钢手工钨极氩弧焊对接接头的激光冲击强化技术,对比分析了不同的激光冲击强化参数对于试验件显微硬度、残余应力、显微组织和振动疲劳寿命的影响。结果表明,激光冲击强化后,试样表面压应力明显增加,最大可达259 MPa,且距表面约1 mm深度内均为残余压应力。距试样表面1 mm深度内均为残余压应力。随着激光冲击强化能量增加,激光冲击强化试样的残余压应力呈增大趋势。特别是8 J激光冲击强化后,焊缝热影响区的晶粒细化效果明显,显微硬度显著增加,试样振动疲劳寿命与未激光冲击强化试样相比增加了2.57倍。将该技术应用到某型航空发动机压力传感器壳体的修理上,保障了该压力传感器的使用可靠性。

等效结构应力法在高强钢疲劳寿命预测中的应用

利用成组法对某工程机械常用高强钢材料制作成的对接接头的疲劳寿命开展试验研究。采用美国机械工程师协会(ASME)标准中"网格不敏感的结构应力法及主S-N曲线法"对上述接头的疲劳寿命进行预测。研究表明:基于等效结构应力法的高强钢对接接头疲劳寿命预测结果与试验结果存在一定的偏差。依据董平莎提出的主S-N曲线修正表达式,并结合高强钢对接接头试验结果,引入等效结构应力范围(Δss)修正系数,得到适用于900 MPa级高强钢疲劳寿命预测的修正主S-N曲线。