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基于结构应力的焊接接头多轴高周疲劳寿命估算.pdf
固体力学学报 V01.31
第31卷第3期 No.3
CHINESE
JOURNAL0FSOLIDMECHANICS
2010年6月 Jurle2010
基于结构应力的焊接接头多轴高周疲劳寿命估算‘
武奇”邱惠清
(同济大学机械工程学院,上海,201804)
摘 要该文对承受弯扭组合载荷下的焊接接头危险点焊趾处进行了疲劳应力分析.结合结构应力考察了在
比例载荷和非比例载荷下焊趾处临界面上的应力分量;建立了基于结构应力和修改的Wohler曲线法的临界面上
多轴疲劳寿命估算方法;采用该方法对某管板焊接接头进行了多轴估算,将评定结果与文献中的疲劳试验数据做
了比较,同包括欧洲钢结构规范3在内的其他的多轴疲劳评定方法相比,文中提出的多轴寿命估算结果最好,而且
该方法具有网格划分不敏感性.
关键词 焊接接头,疲劳评定,结构应力,多轴疲劳
面,该平面在载荷作用周期内经历最大剪应力幅值,
0 引言 同时该平面上的最大正应力也对裂纹起始有重要影
响.文献[13]将此方法应用到焊接接头,以焊接接头
大量的实际工程表明焊趾处裂纹开裂、扩展至 名义应力来评定焊接接头多轴疲劳损伤.由于该方
断裂是焊接接头在交变荷载作用下失效的主要方 法没有考虑接头应力集中的特点,尤其是在焊趾破
式,安全地设计和有效地评定接头焊趾处的应力状 坏处,一般地在焊接接头远端处施加载荷,其焊趾处
态是一个重要的研究内容.已有的焊接接头疲劳评 的应力状态会和名义应力有明显差异,因此下面将
定方法:标称应力法[1],包括各种设计规范[2。4]及局引入焊接接头的结构应力对焊接接头进行疲劳
部法[5]主要以焊接接头呈单轴应力状态来处理,如 评定.
果其他方向的荷载相比某个主要方向的荷载较小,
这种情况可以近似为单轴应力状态处理,但是实际 1 基于结构应力的多轴疲劳计算
工程中,焊接接头往往在其它方向也承受较大荷载,
以门座起重机[6]为例,其门架结构(横截面为箱形结1.1结构热点应力的定义
构/圆形结构)不仅承受巨大的倾覆力矩作用,还承 以角接缝焊接接头为例,如图1所示,在外载荷
受较大的旋转力矩作用,在支柱焊缝危险点处不仅 作用下接头焊趾处往往成为危险点,其对应的名义
有垂直焊缝的正应力,还有切于焊缝的剪应力的存 .,应力为巩,而实际的焊接接头在该点处的应力要高
在,因此有必要对焊接接头在多轴应力状态下的疲 于其名义应力,不考虑焊趾半径,可用结构应力表示
劳强度展开研究. 为or,,依据所施加的不同类型载荷,有如下关系:
焊接接头的多轴疲劳是指在接头疲劳损伤处存 以=K∥。 (1)
在两个或三个主应力(或主应变),其方向或幅度随 己=K。r。 (2)
时间而不断的改变.对于焊接接头高周疲劳,可采用 式中K。为拉伸或弯矩载荷作用下的结构应力集中
应力准则,目前应力准则方法众多,大致可以分为三 系数,K。为扭矩载荷作用下的结构应力系数.
类:经验公式[7’8]、应力不变量口]、临界面法曲’1….
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