纵向受载T形焊接接头结构应力构造方法分析

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第3 8卷第5期 2 焊 接 学 报 V01.3 8 May No.5 2 0 1 7 0 1 7年5月TRANSACTIONS OF THE CHINA WELDING INSTITUTION 纵向受载T形焊接接头结构应力构造方法分析 董亚飞1'2一, 魏国前1,2…, 漆金贤1”, 余 茜1”, 何毅斌3 (1.武汉科技大学冶金装备及其控制教育部重点实验室,武汉430081;

2.武汉科技大学机械传动与制造工程湖北省重点实验室,武汉430081;

3.武汉工程大学化工装备强化与本质安全湖北省重点实验室,武汉430205) 摘要:针对纵向受载的非承载型T形焊接接头的疲劳问题,提出一种纵向结构应力构造方法.该方法将焊接接 头截面上节点载荷等效为单元边界上的线载荷,根据力平衡原理建立膜应力和弯曲应力解析式,基于母材厚度和 焊缝高度提出等效板厚的构造方式,进一步构造并求解焊趾处纵向结构应力.通过纵向受载的非承载型T形焊接 接头疲劳试验结果进行验证.结果表明,文中提出方法在分析焊接接头局部纵向受载的焊接结构时优势明显,并可 根据Dong提出的平衡等效结构应力修正方式和主s—N曲线进行疲劳评定. 关键词:纵向受载;

结构应力;

疲劳寿命;

T形焊接接头 中图分类号:TG 405 文献标识码:A 文章编号:0253—360X(2017)05—0031—04 0 序 言 缝方向张开,垂直于焊缝方向的应力分量是主要控 制因素.文中将其称为横向结构应力.在实际焊接 结构如工字形焊接梁、箱型梁中,翼缘和腹板连接焊 缝主要承受纵向载荷,这些结构在循环载荷下也经 常出现疲劳裂纹,横向结构应力无法很好地解释这 一现象.此外国际焊接学会针对纵向受载的焊接接 头,基于名义应力法给出了第323号焊接接头细节 结构应力法是一种新兴的焊接结构疲劳评定方 法,优势在于准确计算焊接接头周围应力状态并基 于一条主S-N曲线评定焊接结构疲劳寿命,且在基 于有限元的计算中对网格大小不敏感.很好地解决 了传统焊接结构疲劳评定方法中焊接接头形式难于 对应相应的S—N曲线和基于有限元的计算对网格尺 寸敏感的问题,减小了预测误差,提高了分析精度. 结构应力法及其针对焊接接头疲劳评定的数值 计算方法率先由Dong…提出;

Kyuba旧J,董亚飞等 人口1研究了中空方管焊接接头和波纹腹板焊接梁结 构的寿命预测方法,验证了结构应力法的预测精度 和网格不敏感特性.武奇等人M1研究了结构应力法 的应力集中系数,认为应用壳单元建模可保证计算 精度并大大减少有限元网格数量,有效降低计算成 本.李向伟等人H1研究了结构应力法的实现方法, 认为与传统疲劳评定方法相比,结构应力法的优势 更加明显.Dong等人∞1将结构应力法的计算原理扩 展至结构应变范畴,认为结构应变法具有相似的优 势,并适用于低周疲劳问题.上述研究均认为焊接 结构疲劳裂纹在焊趾处沿焊缝方向萌生并垂直于焊 收稿日期:2015—05—04 基金项目:国家自然科学基金资助项目(51575408);

湖北省自然科 学基金资助项目(2014CFB803);

武汉工程大学化工装备 强化与本质安全湖北省重点实验室开放课题资助项目 (2016KA02);

武汉科技大学研究生科研创新创业基金资 助项目(JCXcl019) 模型[_7|.文中针对结构应力的计算原理,提出一种 纵向结构应力概念并给出合理的构造方法. 1 结构应力构造方法 基本思想 1.1 焊接接头的焊趾局部通常为应力集中区域,传 统疲劳评定方法在应用有限元进行应力计算时,网 格尺寸对计算结果有较大的影响,不利于疲劳寿命 的准确预测.结构应力法通过对焊趾周围单元节点 力的分布进行研究,将单元节点力等效为单元边界 上的线载荷,避免了由有限元网格尺寸引起的计算 结果误差,提高了计算结果的准确性. 1.2结构应力法模型 传统的横向结构应力法认为,焊接结构中垂直 于焊接接头焊趾的局部拉伸作用力和局部弯矩是造 成疲劳破坏的主要因素,如图1a所示.文中提出的 纵向结构应力法认为,当焊接结构焊接接头局部沿 焊缝方向即纵向作用力为疲劳破坏的主要驱动力 时,张开型疲劳裂纹垂直于焊接接头的焊趾萌生并 万方数据

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