基于主S-N曲线法的含缺陷焊缝的疲劳寿命研究

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目前,焊接件在工程实际中应用广泛,其疲劳失效问题一直受到众多学者的密切关注。焊接件最常见的破坏形式是焊趾位置在循环加载后萌生裂纹,且裂纹沿板厚方向扩展使其断裂。焊接缺陷引发的应力集中对焊接件的疲劳寿命有一定程度的影响,同样也是轨道列车的一大安全隐患。国内外存在多种有关焊接接头疲劳失效的评价方法,其中主S-N曲线法是最新的评价方法。该方法在传统疲劳评价方法的基础上考虑了应力集中这一因素,与断裂力学相结合,并以大量的疲劳实验数据为依据,得到一条通用型主S-N曲线。通过主S-N曲线法进行疲劳分析计算能更准确地预测焊接件的疲劳寿命,减少了大量疲劳实验带来的经济和时间成本。本文将运用主S-N曲线法开展以下的研究工作:首先,对主S-N曲线法的理论进行总结和推导,结合ABAQUS和FE-safe软件实现了主S-N曲线法对焊缝疲劳寿命的评价。将使用该方法的疲劳计算结果与已有的疲劳实验结果做相应对比,验证了主S-N曲线法的可行性。然后,通过分析计算后确定merge连接下的有限元模型可以更准确地模拟真实焊缝,并证明了缺陷所在位置对焊缝的疲劳寿命影响极小。分析得到ISO5817所规定的B、C、D三种等级下,具有咬边、不对称或凸度过大缺陷的T型焊的疲劳寿命以及具有咬边、超高或下榻缺陷的对接焊的疲劳寿命。将所计算得到的焊趾处疲劳寿命进行数据分析,得到了同一种焊接缺陷在不同等级下的焊缝疲劳寿命的变化趋势、同一等级下不同焊接缺陷对焊趾处寿命的不同程度的影响,根据实际工况可参考相应的比较结果。最后,以轨道列车某连接件为例,评价其含咬边、不对称以及凸度过大三种D等级缺陷的焊缝疲劳寿命。其计算结果与相应工况下的对比结果一致,证明了不同缺陷焊缝疲劳寿命的对比结果对工程实际具有指导意义。
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