考慮殘余應(yīng)力下焊接接頭多軸疲勞損傷研究.pdf

1、工程中，焊接結(jié)構(gòu)通常承受復(fù)雜的多軸循環(huán)載荷作用，焊縫區(qū)通常是疲勞失效的熱點區(qū)域。因此研究焊接結(jié)構(gòu)在復(fù)雜應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)下的多軸疲勞對于工程實際具有十分重要的意義。潛艇錐柱結(jié)合殼焊縫區(qū)域是潛艇疲勞破壞的熱點，該區(qū)受力狀態(tài)為沿潛艇縱向的彎曲應(yīng)力、縱向壓應(yīng)力和環(huán)向壓應(yīng)力等復(fù)雜比例循環(huán)應(yīng)力。本文以高強鋼對接接頭為研究對象，在總結(jié)過去關(guān)于焊接接頭疲勞研究和常規(guī)疲勞理論，結(jié)合試驗研究，探索考慮殘余應(yīng)力下焊接接頭多軸疲勞損傷壽命的分析方法，以期獲得可靠的

2、疲勞壽命結(jié)果，從而提出了一套完整的考慮殘余應(yīng)力為初始應(yīng)力的疲勞裂紋萌生壽命的計算方法，并定量分析了殘余應(yīng)力對疲勞累積損傷的影響。
　　焊接殘余應(yīng)力的存在將會影響著焊接節(jié)點的強度、剛度、穩(wěn)定性等，脆性斷裂發(fā)生的地方又常常是焊縫位置，因此在對焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)力場分析的時候，必須考慮焊接殘余應(yīng)力的影響。同時考慮在焊接殘余應(yīng)力和多軸荷載的雙重作用下，更有可能萌生裂紋。常規(guī)的殘余應(yīng)力修正，都是基于公式法的修正，未得到有效的驗證;而本文提出的將殘余

3、應(yīng)力作為初始應(yīng)力用于預(yù)估疲勞萌生壽命的作法，充分考慮了殘余應(yīng)力與材料的狀態(tài)有關(guān)這一事實，符合材料的疲勞破壞特性。因此，如何用有限元方法模擬焊接殘余應(yīng)力的影響進行焊縫裂紋萌生累積疲勞損傷的評定并進行疲勞壽命的計算還是一個新的課題。
　　首先，結(jié)合厚板多層焊接的特點，采用APDL參數(shù)化語言，進行了基于ANSYS的焊接結(jié)構(gòu)的溫度場和應(yīng)力場模擬，再現(xiàn)了不同時刻的溫度場分布和殘余應(yīng)力分布，計算結(jié)果與X射線衍射法測量結(jié)果基本相符，參數(shù)化編程為

4、中厚板多道正反焊接的模擬提供了參考，可以促進厚板焊接過程模擬技術(shù)在工程中的應(yīng)用。
　　其次，提取焊接殘余應(yīng)力計算的結(jié)果文件，將焊接殘余應(yīng)力(ist文件)作為模型的初始應(yīng)力，并疊加多軸載荷，進行考慮殘余應(yīng)力和多軸循環(huán)載荷下的焊接結(jié)構(gòu)動響應(yīng)分析，確定疲勞危險點位置，并得到危險點應(yīng)力、應(yīng)變值時程圖。
　　最后，基于得到的危險點的各項應(yīng)變時程曲線，選取定義的7種疲勞損傷參量，采用matlab軟件確定各損傷參量最大值及對應(yīng)的疲勞損傷面