Influence of geometric parameters on stress concentration factors of undermatched butt joint with single V-groove under three-point bending load

In order to improve the bending load-carrying capacity （BLCC） of undermatched butt joint under three-point bending load, the influence of joint geometric parameters on stress concentration factors （SCF） at the weld bottom center and the weld toe of uudermatched butt joint with single V-groove are studied respectively based on the finite element method in this paper. Results show that the reinforcement height and the cover pass width play decisive role in the BLCC for undermatched butt joint. BLCC of undermatched butt joint can be improved by choosing the appropriate joint geometric parameters.

一种针对低匹配焊接接头的“等承载”设计方法

为提高高强钢低匹配接头承载能力,提出了低匹配接头与母材具有相等的静载承载能力和疲劳抗力的"等承载能力"(ELCC)概念.从安全性角度出发,焊接结构必须同时具有足够的强度和应力松弛能力,而强度失配接头的断裂模式类型能够同时反映接头的强度、塑性变形能力以及焊缝与母材之间塑性变形的非均匀程度.母材先于焊缝发生塑性变形的全面屈服断裂是最安全的结构断裂模式,基于此提出了以全面屈服准则为判据的ELCC设计思想.确定ELCC实现条件的基础上,给出了低匹配接头ELCC的焊缝形状设计方法.ELCC设计使低匹配接头承载薄弱区由焊缝向母材转移,不必考虑匹配比的影响,焊接结构直接按照母材强度设计成为可能.

基于等承载能力原则的低匹配对接接头设计

根据对接接头的应力分布特点,提出了低匹配接头焊缝与母材具有相等静载承载能力的条件,即焊根处应力集中因子与接头匹配比(焊缝金属与母材的屈服强度的比值)相等。通过有限元计算及其结果的回归分析,建立了对接接头几何参数与焊根处应力集中因子经验方程。针对高强钢焊接结构的应用,以焊缝与母材静载等强承载为原则,进行了低匹配对接接头的几何形状设计。结果表明,该几何形状设计不仅可在较大范围内选择匹配比而不必降低应用载荷,而且接头断裂模式由局部屈服断裂向整个接头的全面屈服断裂转变,该接头设计对于高强钢低匹配接头的应用具有重要意义。

随焊冲击碾压整形新方法及等承载接头拉伸与疲劳性能

提出了随焊冲击碾压整形方法 (weld shaping with trailing impact rolling,WSTIR),并研制了一套随焊冲击碾压整形装置.对随焊整形后低匹配等承载接头(equal load-carrying capacity,ELCC)进行了拉伸试验和疲劳试验.结果表明,随焊整形后接头拉伸均断裂在近焊趾的母材处,断裂应力均达到母材的抗拉强度;随焊整形后接头的疲劳寿命明显大于原始焊态接头,由于随焊整形接头焊趾处圆弧过渡降低了应力集中,进而提高了随焊整形接头的疲劳承载能力.拉伸与疲劳试验说明随焊冲击碾压整形后的平余高低匹配接头达到了等承载的要求.这种随焊整形方法将有力地推动低匹配等承载接头设计方法在工程实际的应用.

低匹配对接接头应力集中系数计算及回归分析

针对高强钢低匹配的横向对接接头形状设计,以最大限度提高接头静载承载能力和疲劳强度为目标,采用有限元计算的方法,考察了焊缝余高、焊趾过渡圆弧半径、盖面焊道宽度、板厚等几何参数对焊趾和焊根处应力集中的影响,回归分析得出的焊趾和焊根处的应力集中系数的经验方程式,对高强钢低匹配对接接头设计具有指导意义。

低匹配对接接头的“等承载”设计及拉伸疲劳行为

为提高高强钢低匹配接头的承载能力,以'等承载能力'(Equal load-carryingc apacity,ELCC)(即焊缝与母材承载能力相等)为原则,进行对接接头的形状参数设计。有限元计算表明,ELCC设计使对接接头焊缝区域(包括焊趾和焊根)应力应变显著降低,低强焊缝的承载能力提高。试验结果表明,ELCC对接接头强度可基本达到母材抗拉强度;在高应力区,ELCC对接接头疲劳强度与削平等匹配接头非常接近,在低应力区,随匹配比降低ELCC对接接头疲劳寿命有所降低;0.57屈服强度匹配比的ELCC对接接头对应1×107循环的疲劳强度较焊态等匹配对接接头提高约115%,可达到0.96匹配比削平对接接头的80%。ELCC设计克服低匹配接头承载能力低的不足,并且可在较大范围内选择匹配比而不必降低应用应力。

SMA490BW钢低组配接头的疲劳性能研究

为发挥低强匹配焊接能改善高强钢的可焊性、有效降低约束力和预热温度的优点,采用J422焊条焊接超声疲劳试样,对高铁转向架用钢SMA490BW低组配十字焊接接头开展常温拉压条件下的超声疲劳试验,并对失效试样进行断口分析,研究低组配接头的疲劳失效机理。试验结果表明:十字焊接接头试样均断于焊趾,疲劳S-N曲线呈连续下降趋势。将十字接头的疲劳性能与板状母材进行对比分析,发现十字接头的疲劳寿命远低于母材。在循环周次为3.11×106时,十字接头试样的疲劳强度仅为母材的67%。试样疲劳断口的扫描电镜(SEM)分析结果显示,裂纹源主要位于焊趾处的熔合区,该区域存在的几何不连续性及焊接缺陷会引起较大应力集中,是导致焊接接头疲劳断裂的主要因素。

高强钢低匹配静载等承载对接接头优化设计

按照理论匹配比设计的接头通常存在强度富裕,根据对接接头硬度测试结果,对比对接接头实际匹配比与应力集中因子分布,能够确定接头的最小实际匹配比.按照焊根处应力集中因子与最小实际匹配比相等的原则,对按照屈服强度匹配比设计的高强钢低匹配等承载对接接头按照抗拉强度匹配比进行了静载条件下几何参数的二次优化设计,接头几何尺寸显著减小,该接头设计方法考虑了冶金强化作用,避免了不必要的浪费.

低匹配对接接头的抗冲击等承载设计方法

针对A921高强钢低匹配焊接接头抗冲击承载能力不足的问题,基于等承载的思想提出了以冲击功为承受冲击载荷能力的参量,并以此建立了等承载关系。通过A921钢试件的夏比冲击试验,发现其材料冲击韧度与抗弯能力之间具有线性关系,并获得了冲击韧度与构件几何尺寸之间的定量关系。通过Q345钢试件的冲击试验验证了上述关系依然成立,表明该线性关系具备一定的可推广性。如果两材料均满足该关系,则可以借助该关系对比材料的冲击韧性,并预测不同尺寸试件受冲击的力学响应。为此,提出了材料的抗冲击等承载设计方案:通过计算使母材与焊接接头断裂消耗冲击功相等的最佳接头厚度,将其作为冲击载荷下等承载接头的设计条件,并结合接头几何参数优化方法,实现材料的抗冲击等承载设计。

用滑移线场方法评价低匹配接头的承载能力

采用滑移线场理论研究了低匹配接头的承载能力问题,通过ADINA有限元程序计算,找出了不同强度比和不同焊缝宽度下接头的边界条件和沿焊缝宽度方向切应力的分布规律,描绘了极限状态下接头的滑移线场,进而推导出了低匹配接头的极限载荷公式,并通过试验加以验证。

10CrNi3MoV钢低匹配对接接头的拉伸疲劳性能

通过余高削平的10CrNi3MoV钢低匹配对接接头的拉伸和脉动拉伸疲劳试验,研究了匹配比对高强钢对接接头力学性能的影响,给出了匹配比与削平对接接头疲劳强度及寿命的关系方程.结果表明,随匹配比降低,削平对接接头抗拉强度、断后伸长率和疲劳强度降低,但匹配比对接头抗拉强度影响较小,对断后伸长率和疲劳强度影响较大;由于焊缝冶金强化和力学强化效应的作用,接头抗拉强度和疲劳强度远高于焊缝熔敷金属本身.匹配比过低的焊接结构缺少满足需要的塑性储备,以接头断裂模式为标准,进行了匹配比下限值的初步界定.

高、低匹配对G115/T92异种钢接头组织与力学性能的影响

分别采用高、低匹配焊接材料对G115钢和T92钢进行了异种钢焊接,研究了高、低匹配对这两种接头显微组织和力学性能的影响。结果表明:两种接头的焊缝和热影响区组织均为典型的回火马氏体,高匹配接头中T92钢侧熔合线附近的δ-铁素体含量高于低匹配接头中的,平均体积分数均低于0.3%;高匹配接头T92钢侧、低匹配接头G115钢侧熔合区均存在钨、钴、钼、铜元素稀释现象;两种接头的截面显微硬度均呈"W"形分布,高匹配焊缝的硬度波动较大;低匹配接头的室温和650℃抗拉强度、屈服强度高于高匹配接头的,两种接头焊缝处的冲击韧性均最差;高匹配接头焊缝的冲击断裂机制为准解理断裂机制,低匹配接头焊缝的为微孔聚集断裂和准解理断裂的混合断裂机制。

低匹配管道焊接接头的安全评定

在给定裂纹尺寸和载荷条件及材料的力学性能条件下,以欧盟提出的结构完整性评定方法(SINTAP)为依据,对低匹配X56管线钢含缺陷的环向内表面焊接接头进行安全评定,建立了低匹配X56管线钢焊接接头的二级评定曲线。评定结果表明,评定点在曲线范围内,说明该结构是安全的,取代了将焊接接头近似看作均匀低强材料进行评定的方法,提高了评定精度,降低了评定方法的保守度。

900MPa高强钢低匹配焊接研究及应用

首次对液压支架用屈服强度900MPa高强钢的焊接性进行了研究,采用热模拟的方法测定了SHT900D钢焊接CCT图,对SHT900D钢强韧性匹配焊接进行了试验研究。通过斜Y型坡口试验、插销试验及热影响区最高硬度等抗裂性试验对低匹配焊接工艺进行了优化设计,研究成果已成功应用于6.2,6.3m高端液压支架的焊接中。

基于等承载思想的低匹配T型接头设计

针对低匹配焊接接头承载能力不足的问题,基于等承载思想建立等承载基本理论,通过定义广义匹配比和广义力学集中系数,提出广义力学集中系数与广义匹配比相等为等承载的实现条件。构建等承载设计的一般方法:明确接头失效形式,确定目标失效模式;确定接头危险位置;构建承载能力与几何参数、材料力学性能关系式;分别求解焊缝临界曲线并取包络线。以承受静拉伸的T型接头为例验证了以上方法的可行性:失效形式为静载断裂,按照全面屈服(焊缝)断裂模式进行设计,给出明确的实现条件;建立理论应力集中系数与几何参数的关系式;结合T型接头几何特点给出求解步骤;建立等承载T型接头弹塑性有限元模型,接头的断裂模式为全面屈服(焊缝)断裂,承载能力达到了母材的屈服水平。结果表明等承载基本理论和方法具有一定的普适性,能为更多的焊接接头等承载设计问题提供解决方案。

农村学生“高分低录”的现象及原因——基于宁夏高考数据的分析

农村学生"高分低录"是指高考分数相同的情况下,农村学生比城市学生录取到分数线更低的学校。同其他国家类似,这个现象在中国普遍存在。基于宁夏回族自治区高考数据,本文对农村学生"高分低录"及其原因进行了实证分析。研究发现,农村学生相对城市学生普遍"高分低录";这一现象在高分考生中更为明显。农村学生志愿填报存在"高分低报"现象,这是导致"高分低录"的直接原因。农村学生缺乏对院校和专业信息的真实观察,仅能根据院校和专业的名称等基本信息,获知院校和专业的水平。信息的缺失造成了农村学生"高分低报"以致"高分低录"现象的出现。