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焊接结构随机振动疲劳分析方法研究与应用

计算机集成制造系统 2023年

作者：周晓坤裴宪军董平沙贺茂盛谢素明付婷婷密歇根大学船舶与海洋工程学院中车齐车集团有限公司货车研究院东南大学机械工程学院大连交通大学机械工程学院中车齐齐哈尔车辆有限公司大连研发中心

焊接结构在实际工程中广泛应用，在服役过程中往往承受复杂的随机动载荷，当动载荷频率与结构固有模态频率接近时，接头可能发生疲劳破坏，传统的单轴静载疲劳分析方法不再适用。本文提出评估焊接结构的多轴随机振动疲劳分析方法。该方... 详细信息

焊接结构在实际工程中广泛应用，在服役过程中往往承受复杂的随机动载荷，当动载荷频率与结构固有模态频率接近时，接头可能发生疲劳破坏，传统的单轴静载疲劳分析方法不再适用。本文提出评估焊接结构的多轴随机振动疲劳分析方法。该方法将时域激励信号转化为自谱和互谱，并结合模态分解与结构应力方法，得到包括结构正应力和剪应力的自谱和互谱，基于PDMR原理得到等效结构应力的功率谱，最后通过Dirlik模型，计算出结构损伤及振动疲劳寿命。同时本文以某高速货车为例，进行疲劳寿命分析及改进校核，该方法的研究与应用将进一步提升焊接结构疲劳寿命预测的时效性及准确性。

关键词：焊接结构随机振动疲劳破坏时域频域疲劳寿命

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焊接结构学中的热–力耦合问题简析

焊接学报 2019年第7期40卷 6-11,I0002页

作者：王苹刘永常荷茜董平沙哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 河北科技大学石家庄050000 Department of Naval Architecture and Marine Structure University of MichiganAnn Arbor 48105USA

针对热加工制造中的热力耦合基础问题,借助基本力学理论,分别研究了一维刚性约束杆、二维平板及满足刚性约束的3-Bar模型在升降温过程中的应力应变演化规律.结果表明,3-Bar模型中加热条带的宽度即为焊接塑性区的宽度;焊接塑性区的纵向... 详细信息

针对热加工制造中的热力耦合基础问题,借助基本力学理论,分别研究了一维刚性约束杆、二维平板及满足刚性约束的3-Bar模型在升降温过程中的应力应变演化规律.结果表明,3-Bar模型中加热条带的宽度即为焊接塑性区的宽度;焊接塑性区的纵向残余应力接近材料屈服强度;塑性区大小,塑性区尺寸及其所在位置为焊后变形控制及焊接接头设计关键所在,焊缝塑性区应尽可能接近并对称于结构中性轴分布,以避免产生附加变形;将加热温度峰值与加热宽度输入3-Bar模型,可预测火焰调修控制变形效果.火焰调修时自第二个热循环作用起,残余应力与塑性应变均无法发生改变,调修中反复加热同一区域为无用功.

关键词：焊接残余应力塑性区 3-Bar模型火焰调修

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7N01铝合金十字接头抗疲劳设计

焊接学报 2019年第10期40卷 20-24,I0001,I0002页

作者：王苹米莉艳于谊飞董平沙哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点实验室哈尔滨150001 中车唐山机车车辆有限公司技术研究中心唐山064000 哈尔滨工业大学(威海) 威海264209

首次针对铝合金十字接头的疲劳失效模式开展研究.借助有限元分析与疲劳试验相结合的研究手段,首先将传统的热点应力(HSS)与研究中的等效结构应力(equilibrium equivalent traction force/EETS)的应力集中系数对比,证实了EETS分析结果的... 详细信息

首次针对铝合金十字接头的疲劳失效模式开展研究.借助有限元分析与疲劳试验相结合的研究手段,首先将传统的热点应力(HSS)与研究中的等效结构应力(equilibrium equivalent traction force/EETS)的应力集中系数对比,证实了EETS分析结果的网格不敏感性.基于此,深入分析十字接头连续板厚度、接头熔深以及加载跨距对焊趾与焊根处应力的影响,并提出有效结构应力(effective traction force)计算焊根开裂角度.结果表明,焊趾处等效结构应力不受连续板厚度、加载跨距与熔深的影响,而在焊根处,各个因素影响不一.疲劳试验与解析预测结果高度一致,承载十字接头焊根开裂角度并非45°.十字接头的抗疲劳设计需综合考虑接头几何特征与焊接质量,必须满足焊趾处等效结构应力(Ss,toe)高于焊根处等效结构应力(Ss,toe).

关键词：十字接头抗疲劳设计结构应力法失效模式

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基于结构应力方法的正面角焊缝抗剪强度分析

焊接学报 2015年第1期36卷 70-74,116-117页

作者：聂春戈魏鸿亮董平沙兆文忠大连交通大学交通运输工程学院大连116028 密西根大学船舶与海洋工程学院美国安娜堡48109

建立了基于结构应力定义的正面角焊缝抗剪强度理论,给出了新的焊缝抗剪强度计算公式,并基于该理论对焊缝抗剪强度相关问题进行了分析.结果表明,单向受剪等焊脚正面角焊缝的断裂角度理论值为22.5°,焊趾角度和受力状态均会影响断裂角度.... 详细信息

建立了基于结构应力定义的正面角焊缝抗剪强度理论,给出了新的焊缝抗剪强度计算公式,并基于该理论对焊缝抗剪强度相关问题进行了分析.结果表明,单向受剪等焊脚正面角焊缝的断裂角度理论值为22.5°,焊趾角度和受力状态均会影响断裂角度.另外焊趾角度为30°的单向受剪焊缝具有最大的承载能力,而双向受剪焊缝的承载能力比单向受力时的承载能力也明显提高.试验数据证明了该理论的正确性,该理论也为焊缝尺寸设计提供了理论基础.

关键词：结构应力正面角焊缝抗剪强度断裂角度

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结构应变法在焊件低周疲劳中的应用研究

中国造船 2019年第3期60卷 92-104页

作者：高一迪董平沙余杨宋绍品李英张宇宁天津大学水利仿真与安全国家重点实验室天津300072 密西根大学船舶与海洋工程学院安娜堡48105

为了研究等效结构应变法在低周疲劳范围的适用性,参考船舶焊接结构细节的小尺寸模型疲劳试验结果,建立多种材料本构关系的二维有限元模型,基于主E-N曲线研究结构应变法对有限元模型焊缝材料属性划分的敏感性,提出一种针对弹性有限元计... 详细信息

为了研究等效结构应变法在低周疲劳范围的适用性,参考船舶焊接结构细节的小尺寸模型疲劳试验结果,建立多种材料本构关系的二维有限元模型,基于主E-N曲线研究结构应变法对有限元模型焊缝材料属性划分的敏感性,提出一种针对弹性有限元计算结果的修正方法;基于相同的船舶焊接结构细节,对比等效结构应变法和有效缺口应变法。研究结果表明结构应变法对焊缝材料划分的敏感性低,相比于有效缺口应变法更适用于低周期疲劳评估。

关键词：低周疲劳结构应变法结构应力法主E-N曲线

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高速动车组角焊缝应力集中的识别方法

中国铁道科学 2018年第1期39卷 82-87页

作者：兆文忠李季涛李晓峰李向伟董平沙大连交通大学交通运输工程学院辽宁大连116028 中车齐齐哈尔交通装备有限公司技术中心黑龙江齐齐哈尔161002 密歇根大学焊接结构研究中心美国安娜堡48109

针对高速动车组焊接构架角焊缝处应力集中无法采用名义应力法识别的问题,基于结构应力法,将角焊缝焊趾处的非线性应力分解为满足外载荷平衡的结构应力和自平衡的缺口应力,然后根据力的平衡方程得到各节点力及其力矩与线力及其线力矩间... 详细信息

针对高速动车组焊接构架角焊缝处应力集中无法采用名义应力法识别的问题,基于结构应力法,将角焊缝焊趾处的非线性应力分解为满足外载荷平衡的结构应力和自平衡的缺口应力,然后根据力的平衡方程得到各节点力及其力矩与线力及其线力矩间的对应关系,进而推导出结构应力的计算公式,并给出角焊缝应力集中识别流程;基于所给出的算法和识别流程,采用C/C++以及ANSYS软件提供的APDL语言开发出焊接结构应力识别专用软件WSS,对某高速动车组焊接构架上诸多角焊缝应力集中进行识别,验证了基于结构应力的角焊缝应力集中识别方法不仅能给出应力集中的具体位置,还能给出具体的应力峰值及其对应的疲劳寿命,可用于优化高速动车组焊接构架的抗疲劳设计。

关键词：高速动车组焊接结构角焊缝应力集中结构应力主S—N曲线疲劳损伤

高速动车组KK端多道焊焊接残余应力仿真研究

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铁道学报 2015年第7期37卷 27-31页

作者：马思群金辉谢素明袁永文兆文忠董平沙大连交通大学交通运输工程学院辽宁大连116028 济南轨道装备有限责任公司车辆研究所山东济南250000 密西根大学船舶与海洋工程学院安娜堡48109

为降低动车组车体加工中的焊接残余应力,开展了动车组KK端多道焊焊接残余应力仿真研究。研究中基于热弹塑性有限元理论,利用实体-壳单元混合模型以有效减小计算规模,通过壳单元实现实体与壳单元连接的方法,建立了高速动车组KK端多道焊... 详细信息

为降低动车组车体加工中的焊接残余应力,开展了动车组KK端多道焊焊接残余应力仿真研究。研究中基于热弹塑性有限元理论,利用实体-壳单元混合模型以有效减小计算规模,通过壳单元实现实体与壳单元连接的方法,建立了高速动车组KK端多道焊焊接残余应力仿真有限元模型。在试验的基础上,利用双椭球模型校核焊接热源,通过提取和简化各道焊平均热循环曲线,实现热源加载,分析了KK端焊接残余应力的分布规律。在此基础上,提出采用2种分段焊的优化方案,最终的计算结果表明,分段焊可有效的减小KK端的焊接残余应力。

关键词： KK端多道焊热源焊接残余应力分段焊

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焊接结构抗疲劳设计理论与方法

焊接技术 2017年第8期 64-64页

作者：兆文忠李向伟董平沙

书号:978-7-111-56701-1定价:89.00元本书介绍了焊接结构疲劳评估的一种方法——结构应力法,其中包括网格不敏感的力学属性以及识别焊缝上应力集中的特殊功能;推导了可评估焊缝疲劳寿命的主S-N曲线公式;给出了结构应力法在焊接结构抗疲... 详细信息

书号:978-7-111-56701-1定价:89.00元本书介绍了焊接结构疲劳评估的一种方法——结构应力法,其中包括网格不敏感的力学属性以及识别焊缝上应力集中的特殊功能;推导了可评估焊缝疲劳寿命的主S-N曲线公式;给出了结构应力法在焊接结构抗疲劳设计中的应用技术,其中包括焊接接头应力因数计算技术、识别与缓解应力集中的闭环设计技术、虚拟疲劳试验技术、模态与频域的结构应力技术,以及

关键词：焊接结构结构应力法抗疲劳设计

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焊接结构抗疲劳设计理论与方法 1-1