薄板焊接接头疲劳性能的缺口应力法研究

作     者：龚宝明 刘强 赵洋洋 宋宗贤 邓彩艳 Gong Baoming;Liu Qiang;Zhao Yangyang;Song Zongxian;Deng Caiyan

作者机构：天津大学材料科学与工程学院天津300350 天津中德应用技术大学航空航天学院天津300350 

出 版 物：《天津大学学报（自然科学与工程技术版）》 (Journal of Tianjin University：Science and Technology)

年 卷 期：2023年第56卷第9期

页      面：903-910页

核心收录：

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

基　　金：天津市教委科研计划资助项目(2021KJ098) 

主　　题：疲劳评估 缺口应力法 虚拟半径 

摘      要：薄板不锈钢焊接结构在现代工业结构中应用广泛,在实际运行过程中会不可避免地承受动态载荷,导致结构疲劳失效,因而建立其可靠的疲劳评估方法对结构安全运行具有重要意义.相比于名义应力法和热点应力法,缺口应力法能够有效反映焊缝几何形状对局部应力集中的影响,可以同时应用于焊趾失效和焊根失效复杂结构疲劳强度评估,且不受接头形式、载荷类型的影响.该方法通过在缺口处引入虚拟半径来避免缺口处应力奇异和应力偏高的问题.然而,现行设计规范IIW推荐的虚拟半径仅适用于板厚大于5 mm的钢和铝合金结构,不适用于薄板结构.本文针对工业结构中广泛应用的薄板奥氏体不锈钢焊接接头进行疲劳试验,利用有限元软件ABAQUS建立试样的二维缺口应力模型,计算得到不同试样的有效缺口应力集中系数,确定了有效缺口应力S-N曲线,并与研究现状中推荐的具有相同存活率的疲劳寿命曲线进行比较.结果表明,研究现状中推荐的疲劳寿命曲线并不完全适用于薄板奥氏体不锈钢焊接接头疲劳寿命评估.从S-N曲线分散带宽度角度出发,建立不同虚拟缺口半径对应的有限元模型,计算得到相应的有效缺口应力S-N曲线.结果表明,采用rref=0.1 mm虚拟半径时对应的S-N曲线分散带宽度最小,对应缺口应力S-N曲线(m=5,FAT619),为薄板奥氏体不锈钢焊接结构在服役条件下的疲劳评估提供了理论和实践依据.