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1.Fatigue strength 疲劳寿命2.Variable amplitude 变振幅3.Constant amplitude 恒幅4.Stress spectrum 应力谱5.Fatigue life 疲劳寿命6.Endurance limit 耐久强度7.damage equivalent 损伤等效8.in which case 在这种情况下9.in each case 在不同情况下10.algorithm 算法11.non-welded 无焊接12.input value 输入值13.nominal value 标称值14.perpendicular 垂直的15.normal stress 正应力，法向应力16.reference point 控制点，参考点17.stress type 应力型18.机械制图用语EQS,,全称Equally Spaced19.knee point 曲线拐点20.slope exponents 斜率指数21.austenitic steel 奥氏体钢22.shot peening 喷丸23.cold rolling 冷轧钢24.damage potential 破坏潜力25. running number 流水号，顺序号26.Iteratively ['itə,reitivli] 反复地27.iteration start value迭代起始值28.term 项,术语，条款29.approximate damage-equivalent amplitude 接近损伤等效应力幅30.designation名称31.on the condition 在…条件下32.characteristic strength value 特征强度参数33.probability of survival of 幸存概率，发生故障几率，可靠概率34.wrought aluminum 熟铝35.consequences of failure 失效后果36.safety factor 安全系数37.mean 平均数38.secondary component 二级成分，次级成分39.repeaters 中继器40.in the sense of 从…意义上说41.partial safety factor分项安全系数42.it is assumed that 假定，假设43.for which 对于这些44.consequence of failure 失效后果45.total safety factor 总安全系数46.utilization 利用47.quotient ['kwəʊʃ(ə)nt] 利用，份额48.reference point 参考点，控制点49.allowable amplitude 容许振幅50.positive运动精确的，刚性的51.hypothesis 假设52.empirical经验53.equation [ɪ'kweɪʒ(ə)n] 方程54.rod-shaped 杆状的55.von Mises criterion 冯米塞斯准则56.ductility 延展性57.transverse force 横向应力58.additive 助剂59.on the safe side 安全可靠60.thin walled 薄壁61.cross section 横截面62.prismatic柱状的，棱形的63.non-ductile 非延展64.elongation at break断裂伸长率65.out of phase 不协调地，异象地66.cancel each other in part or completely 部分抵消或完全抵消67.local stress局部应力68.static strength 静强度69.uniformly一致地70.weld joint 焊缝71.heat effected zone热影响区72.softening 软化退火73.provisional 临时的74.creep strength 渐变强度，抗蠕变强度75.creep limit 蠕变极限76.mean stress 平均应力77.service stress 运行应力78.principle stress 主应力79.local coordinate system 局部坐标系80.physical limit 物理限制81.positive 刚性的82.hydrostatic 流体静力学83.plane stress 平面应力84.independent of 不受。
FEMFAT焊缝结构评估方法简介麦格纳动力总成-斯太尔工程中心（ECS）•Introduction to MAGNA and Engineering Center Steyr •FEMFAT WELD Features•Assessment by Notch Structural Stresses •Assessment by Grid Point Forces•Assessment by Standards•Application Examples & Correlation to Test Results •Summary•Introduction to MAGNA and Engineering Center Steyr •FEMFAT WELD Features•Assessment by Notch Structural Stresses •Assessment by Grid Point Forces•Assessment by Standards•Application Examples & Correlation to Test Results •SummaryMAGNA‘s Product & Engineering CapabilitiesClosures•Closing Systems•Door Modules•Window Regulator Systems •Electromechanical DrivesElectronics•Driver Assistance & Safety Systems•Body Electronics PowertrainRoof Systems•Softtops•Hardtops•Retractable Steel Tops•Roof ModulesSeating•Seat Systems & Components •Headrests & Armrests •Seating Hardware SystemsVehicle Engineering & Assembly•Vehicle Development•Vehicle Production•Comp., Modules & Tank Systems Powertrain•Engineering Services & System Integration•Engine-, Transmission Comp. •Axle,- AWD/4x4 Sytems •MechatronicsInteriors•Compl. Interior Integration •Carpet & Interior Trim •Cockpit Systems•Roof Lining SystemsMetalforming•Chassis Systems•Shaping Technologies •Body SystemsExteriors•Front & Rear Modules •Sealing Systems•Lighting systems•Side SillsVision Systems•Inside Mirrors•Outside Mirrors •Engineered GlassEngineering Center Steyr - LocationEngineering Center Steyr• St. Valentin:•Engineering Center•Commercial Vehicle Engineering•Engine & Drivetrain Engineering•Technology Center✓ FEA & Durability✓ Thermal Management✓ CAD/CAM•Low Volume Production of Components•Headcount: 440 (December 2008) ~15% deal with CAE12-channel road simulator 8-channel suspension test under corrosion6 component wheel force transducerdurability testhigh speed railway bogievibration test oftruck cabinV8-engine bottom end testStrength & Fatigue Lab, Competence CenterWeld Specimen for Overlap Joint ECS TestingECS Test Bench for Overlap JointContents•Introduction to MAGNA and Engineering Center Steyr •FEMFAT WELD Features•Assessment by Notch Structural Stresses •Assessment by Grid Point Forces•Assessment by Standards•Application Examples & Correlation to Test Results •SummaryFEMFAT WELDWELD Database∙ Results∙ Damage values, ∙ Endurance safety factors, ∙ Analysis report∙ FE-Model∙ Stress Results ∙ Load HistoriesCompatible toFEMFAT BASIC & MAXData Processing in FEMFAT WELDWeld DefinitionMethod of FEMFAT WELDStress-Projection into Local Coordinate SystemWeld nodes Parallels Perpendicular∙ Anisotropic strength characteristics for welding seams∙ Stresses perpendicular and parallel to seam are critical∙ Transformation to local coordinate system$======================================================================================= $ T-Weld, Double Fillet-Weld Situation: 05-01-96$ --------------------------$$ Data for a node in the middle of the weld seam$$ MNT MNB UTL1 UTL2 UTL3 UBL1 UBL2 UBL3 WTL1 WTL2 WTL3 WBL1 WBL2 WBL3 SPTO SPBO $ ----------------------------------------------------------------------------- 207 212 1.85 1.85 1.98 1.61 1.61 1.61208 212 1.85 1.93 1.98 1.61 1.61 1.61209 211 1.85 1.85 1.98 1.61 1.61 1.61210 211 1.85 1.93 1.98 1.61 1.61 1.61211 2.65 1.76 2.65 1.76 2.16 0.42 2.16 0.42212 2.65 1.76 2.65 1.76 2.16 0.42 2.16 0.42$$ BEPKT 1 BEPKT 2 BEPKT 3 BEPKT 4$ Inclination Inclination Inclination Inclination$ Cycle Endur. Cycle Endur. Cycle Endur. Cycle Endur.$ -------------------------------------------------------------------N207 5.00 5.00 4.00 4.00 WELD data base∙Stress conc. factors ∙S/N-curves∙Haigh diagrams∙Material influence∙Thickness influence ∙Visual representationFEMFAT WELD Data Base ConceptWELD/SPOT Cooperation with Carmaker OEMs• 1998 AUDI: test data for steel & aluminum spot welds (H-specimen) ⇨ SPOT db • 2003 Honda / JSAE: test data for steel welds ~ 3 mm ⇨ WELD db, VISUALIZER • 2005 Nissan: spot weld benchmark ⇨… software MAMBA• 2005 AUDI: test data for self piercing rivets (steel & aluminum) ⇨ SPOT method • 2006 BMW: test data for aluminum welds ~ 3 mm ⇨ WELD db• 2006 Daimler: development of SSZ & MSZ method ⇨ WELD methodOngoing• 2008- Nissan: test data for steel extended seam weld ⇨ WELD db (+model ?)• 2009- Volkswagen: new test data for steel spot welds ⇨ SPOT stiffness modelFuture• 2009- BMW: test data for steel welds ~ 3 mm ⇨ WELD db• 2009- BMW / DVS: test data for weld ends ⇨ WELD dbContents•Introduction to MAGNA and Engineering Center Steyr •FEMFAT WELD Features•Assessment by Notch Structural Stresses •Assessment by Grid Point Forces•Assessment by Standards•Application Examples & Correlation to Test Results •SummaryDistances of assessment points D 1 and D 2()()()()21min 222min 15.015.05.015.0t t t t f D t t t t f D neighbor ele neighbor ele +⋅⋅=+⋅⋅=+⋅⋅=+⋅⋅= …Automatic Stress Correction“assessment pointsFine mesh caseFEMFAT WELD Assessment Points Weld ends are assessed in 3 directionsModel 5Model 2 Model 3Model 4 Model 1 (reference s=2t)v. Mises StressMODEL 20.000.501.001.502.002.503.003.504.004.505.000.005.7512.1018.7525.0031.2537.5043.7550.0056.2561.9367.6073.8580.0486.2392.4298.38104.40110.60116.70122.70128.70134.60140.70147.00153.00158.30164.60170.80177.10183.30189.60195.80202.30208.90214.70Distance along the weld seam [mm]S a f e t y F a c t o r A g a i n s t E n d u r a n c e B r e a kMODEL 2 New Method Without Correction Referece (Model1)Model 5 (Coarse)01234560.005.7512.1018.7525.0031.2537.5043.7550.0056.2561.9367.6073.8580.0486.2392.4298.38104.40110.60116.70122.70128.70134.60140.70147.00153.00158.30164.60170.80177.10183.30189.60195.80202.30208.90214.70Distance along the weld seam [mm]S a f e t y F a c t o r A g a i n s t E n d u r a n c e B r e a kMODEL 5 Coarse Mesh New Method Reference (Model 1)Without CorrectionWeld Seam End0,000,200,400,600,801,001,201,401,601,802,00without correctionwith correction perpendicular to seam with correction perpend.and parallel to seamE n d u r a n c e S a f e t yF a c t o rModel 1(Reference)Model 2Model 3Model 4Model 5Weld end is most critical regarding mesh sensitivityContents•Introduction to MAGNA and Engineering Center Steyr •FEMFAT WELD Features•Assessment by Notch Structural Stresses •Assessment by Grid Point Forces•Assessment by Standards•Application Examples & Correlation to Test Results •SummaryStructural Stress Method acc. Zhang (=SSZ)1. Line forces2. Analytical structural stresses3. Notch stress approximations / Weld db4. Master SN-curveEvaluation of Line Forces from Grid Point ForcesF N1,E1l 1E1F N2,E1N2N1f N1,E1f N2,E1()E1N2,E1N1,1E1N1,F 2F l 2f -=()E1N1,E1N2,1E1N2,F 2F l 2f -=Nodal element forceEE E u k f ∙=Ways to Determine Line Forces Investigated methods1Element-averaging2Node-averaging3Methodcompetition60mm40m m30mmMSC.NASTRAN Quad4Grid point forcesEvaluation linel = 5 mml = 10 mml = 2.5 mmInvestigations on Line Forces and SingularitiesInfluence from SingularityElement-averaging Node-averagingCompetition methodConclusion• Element-averaging showssmallest mesh sensitivitycompared to competition andnode-averaging methodVISUALIZER:Definition Weld Type, Seam Shape, Welded SideA EExample:T-Joint welded at one side Selection of welding seamContents•Introduction to MAGNA and Engineering Center Steyr •FEMFAT WELD Features•Assessment by Notch Structural Stresses •Assessment by Grid Point Forces•Assessment by Standards•Application Examples & Correlation to Test Results •SummaryGuidelines and Regulations in FEMFAT WELD•EUROCODE 3•British Standard 7608•EUROCODE 9•DIN 15018•DV 952•DVS 1612•IIW guideline 2004, 2005•FKM guidelineBlechdickeneinfluss (0-100mm)00,20,40,60,811,21,41,61,820102030405060708090100Blechdicke t [mm]E i n f l u s s f a k t o r s R /s R,t [-]Dickeneinfluss FEMFAT Dickeneinfluss Eurocode 3Dickeneinfluss BS 7608Thickness influence 0-100 mmFEMFAT WELD Database InformationInfluence FEMFAT Influence Eurocode 3Influence BS 7608Sheet thickness t [mm]I n f l u e n c e f a c t o r e n d u r a n c e l i m i tContents•Introduction to MAGNA and Engineering Center Steyr •FEMFAT WELD Features•Assessment by Notch Structural Stresses •Assessment by Grid Point Forces•Assessment by Standards•Application Examples & Correlation to Test Results •SummaryH - Specimen Nb-Steel1000100001000001,000E+041,000E+051,000E+061,000E+071,000E+08Load Cycles NF o r c e A m p l i t u d e F a [N ]FEMAFT WELD CalculationTest ResultsVerification H-Specimen AUDIComparison FLP - Test benchWelding seams of IHV- tubes29,1Comparison of FEMFAT to Test ResultsFE-ModelLC TEST2.3 < ------- < 5.0LC FEMFAT StressDistributionDamageDistribution•Test setupT-jointfillet seamOuter diameter Da = 85mmTube wall thickness = 12mmBracket wall thickness = 5mmTest load F = 44kNPulsating load (R=0) Critical areaMaximum Principal Stresses(Upper Stress)Normal stress perpendicular to seam dominatesSmall stressesin web plate 450 MPaTest results:DamageCrack appeared after112,100 LC (D=1)WELD assessment method notch stressDamageD = 7.3Crit. area:weld toe (tube)Geometry parameters:Seam thickness a = 5.1 mmSeam angle b = 45°Root fusion degree h = 0.0Rigid Axle with Bending LoadWELD assessment method MSZDamageD = 1.0Crit. area:weld rootGeometry parameters:Seam thickness a = 5.1 mmSeam angle b = 45°Root fusion degree h = 0.3Test load F = 17.8kNAlternating load (R=-1) Load FFailure locationTest Result : 75,000 LCwith scattering between20,000 and 200,000 LCMax. Principal Normal Stresses(Amplitude Stress)-28 MPaMax. prin. normalstress is orientedparallel to seamWELD assessment method notch stressLife (Fillet Weld)Life = 18,000 LCCrit. Area:weld root (web)Geometry parameters:Seam thickness a = 4.76 mmSeam angle b = 45°Root fusion degree h = 0.0WELD assessment FEMFAT 4.7Life (HV seam)Life = 205,000 LCCrit. Area:weld root (web)Geometry parameters:Seam thickness a = 5.6 mmSeam angle b = 45°Root fusion degree h = 1.0WELD assessment method MSZLifeLife = 42,000 LCCrit. Area:weld root (web)Geometry parameters:Seam thickness a = 4.76 mmSeam angle b = 45°Root fusion degree h = 0.3Rear Axle Support – Test Setup Failure occures in this area during the testRear Axle Support – Weld ModellingT-Joints: HV seam Butt Joints: I-seam Lap Joints: Fillet seam Load ratio R=-1 (alternating load)Load level 3kN FEMFAT BASICMaterial AlMg3Mn H12 standard databaseRear Axle Support – FEMFAT ResultsCritical pointcorrelates to testresults。
焊接结构的疲劳评定方法张彦华;刘娟;杜子瑞;陶博浩【摘要】焊接结构的疲劳强度是焊接结构完整性的重要保证.焊接结构的疲劳强度取决于整体结构构造及接头特征等因素,焊接结构的疲劳评定需要考虑焊接接头类型及局部力学行为等不同结构层次的作用.目前已发展了名义应力评定方法、结构应力评定方法、局部应力应变评定方法和断裂力学评定方法.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2016(000)011【总页数】6页(P51-56)【关键词】焊接结构;疲劳强度;疲劳评定方法【作者】张彦华;刘娟;杜子瑞;陶博浩【作者单位】北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191;北京航空航天大学机械工程及自动化学院,北京100191【正文语种】中文焊接结构的疲劳往往起源于焊接接头细节局部应力应变集中区域裂纹萌生和扩展。
其中焊接接头细节疲劳裂纹的萌生由焊趾（或焊根等）应力集中区的局部应力应变状态所决定，而疲劳裂纹扩展则与裂纹（包括缺口效应在内）的局部应力强度因子相关，即局部应力强度因子是焊接接头区疲劳裂纹扩展的主要控制参量。
因此，焊接结构和焊接接头的疲劳强度评定需要从不同层次结构尺度进行分析。
目前，焊接结构或焊接接头疲劳强度的工程评定已发展了几种层次结构尺度的方法[1-3]，主要有名义应力评定方法、结构应力评定方法、局部应力应变评定方法和断裂力学评定方法。
比较而言，名义应力评定方法又称为“整体法”，局部应力应变和断裂力学评定方法称为“局部法”，结构应力评定方法是整体法与局部法之间的过渡。
本文综合介绍了这几种方法在焊接结构疲劳评定中的应用。
名义应力评定方法已有的研究表明，影响焊接接头疲劳强度的主要因素是应力范围和结构构造细节，其次是材料性质和焊接质量，而载荷循环特性的影响相对较小[4]。
因此，以名义应力为基础的焊接结构疲劳设计规范通常是基于应力范围和结构细节分类进行疲劳强度设计[5]，焊接结构设计疲劳载荷应力范围ΔσD不得超过特定结构细节规定的疲劳许用应力范围[ΔS]，即焊接构件的疲劳许用应力范围是根据疲劳强度的试验结果，在考虑一定的安全系数的情况下确定的。
FEMFAT疲劳分析教程
FEMFAT（有限元疲劳分析工具）是一种用于预测部件疲劳寿命和性能的软件工具。
它基于有限元方法，可以对结构进行疲劳分析、寿命预测和结构优化。
本教程将介绍FEMFAT软件的基本使用方法和疲劳分析的基本原理。
第一部分：FEMFAT软件介绍
1.FEMFAT软件的基本功能和应用领域；
2.FEMFAT软件的主要特点和优势；
3.FEMFAT软件的安装和设置。
第二部分：建立有限元模型
1.导入CAD模型到FEMFAT软件；
2.确定模型的边界条件和加载条件；
3.定义材料性能参数。
第三部分：疲劳加载和分析
1.定义疲劳分析的加载条件；
2.进行疲劳分析，包括应力分析和应变分析；
3.疲劳寿命预测方法和理论。
第四部分：结果分析和优化设计
1.分析疲劳分析结果，包括寿命预测和疲劳热图；
2.根据结果进行优化设计，改进结构的疲劳性能；
3.结果验证和优化方案的效果评估。
第五部分：案例分析
1.疲劳分析实例，如汽车发动机支架的疲劳分析；
2.案例的建模、加载条件和分析过程；
3.案例结果分析和优化设计。
第六部分：注意事项和常见问题
1.使用FEMFAT软件时的注意事项和使用技巧；
2.常见问题解答。
总结：FEMFAT软件是一种强大的疲劳分析工具，可以用于预测结构部件的疲劳寿命和性能。
通过本教程，您将学会使用FEMFAT软件进行疲劳分析，并能够根据分析结果进行结构的优化设计，提高结构的疲劳寿命和性能。
希望本教程能够帮助您更好地理解和使用FEMFAT软件。
Fe-safe Verity焊缝疲劳分析一. Verity焊缝疲劳分析的必要性焊接连接是工业领域上非常常见的结构连接方式，在结构设计中具有非常重要的地位，因此焊接的结构强度和疲劳强度都非常重要。
一般情况下，平板焊接钢结构焊缝的屈服强度和抗拉强度都不低于其母材，但是焊缝的疲劳强度却远远低于母材的疲劳强度，焊缝失效的主要形式为疲劳，所以焊缝疲劳强度分析十分必要。
焊缝的抗疲劳性能很大程度上取决于焊缝的宏观和微观几何形状，影响焊缝疲劳强度得因素很多，比如动态应力，平均应力，焊接残余应力等。
传统的焊接疲劳分析方法是通过有限元分析软件来计算焊缝处的应力，然后根据焊接结构的不同类型定义应力寿命S-N曲线来计算焊缝的疲劳寿命。
一般来说，有限元网格的大小直接影响仿真分析的结构应力结果，特别在应力集中位置（焊接位置通常有应力集中），其影响更大，因此传统焊接疲劳分析方法无法准确预测焊缝处的疲劳寿命。
2006年最新版本的Fe-safe引入了一个全新的“Verity”模块，可以很好地解决上述问题。
该模块的核心技术来源于美国著名的科技研发公司Battelle的JIP（Joint Industry Project）项目研究成果，该研究成果“Mesh-insensitive Structural Stress Method”是在通用有限元分析程序计算结果基础上，针对板壳、实体等结构连接形式，专门开发计算等效Structural Stress的程序，使得最后的应力计算结果不具有网格敏感性，即在不同网格尺寸下都能获得精确一致的疲劳仿真结果。
二. Verity焊缝分析介绍Verity的等效结构应力法是一种新型焊接结构疲劳寿命预测技术, 可广泛应用于不同工业领域的各类形式焊接承载部件的焊趾疲劳分析, 如压力容器、管道、海上平台、船舶、地面车辆等结构的管件及平板焊接接头。
该方法主要基于以下2项关键技术:1.考虑焊趾部位的结构应力集中效应, 应用改进线性化法或节点力法分析其结构应力(即热点应力) , 确保计算结果对有限单元类型、网格形状及尺寸均不敏感, 从而有效区分不同接头类型的焊趾结构应力集中情形。
femfat手册FEMFAT（Femtosecond Electro-Optic Fatigue Testing）手册是一份用于指导进行飞秒电光疲劳测试的详细指南。
以下是一份800字左右的FEMFAT手册概述：一、引言飞秒电光疲劳测试（FEMFAT）是一种用于研究材料在极端条件下的疲劳性能和断裂行为的高精度测试方法。
该测试利用飞秒激光脉冲产生微结构变化，并观察材料在疲劳过程中的响应。
本手册旨在为研究人员和工程师提供FEMFAT测试的基本原理、方法和应用指南。
二、测试原理FEMFAT测试基于飞秒激光脉冲与材料相互作用的过程。
飞秒激光脉冲具有极高的能量密度，可以在材料中产生微结构变化，如微孔、微裂纹等。
这些变化可以作为疲劳裂纹的起始点，并导致材料在疲劳过程中迅速断裂。
通过观察材料在疲劳过程中的响应，可以研究材料的疲劳性能和断裂行为。
三、测试方法1.样品准备：选择具有代表性的样品，并进行适当的表面处理，以确保激光脉冲与材料之间的良好相互作用。
2.激光设备：使用具有飞秒激光脉冲输出的激光设备，以产生具有足够能量密度和脉冲宽度的激光脉冲。
3.加载系统：设计并构建一个能够施加疲劳载荷的加载系统。
该系统应能够以恒定的载荷和频率对样品进行加载，并持续观察样品的响应。
4.观察与记录：在加载过程中，使用适当的显微镜和成像系统观察样品的微结构变化和裂纹扩展。
记录每个阶段的变化和裂纹扩展情况，并分析数据以确定材料的疲劳性能和断裂行为。
四、应用指南1.选择合适的材料：根据应用场景和需求，选择适合的测试材料。
例如，金属、陶瓷、聚合物等材料都可以进行FEMFAT测试。
2.确定测试参数：根据样品的特性和应用需求，确定适当的激光脉冲能量密度、脉冲宽度、加载频率等测试参数。
3.数据分析与解释：对记录的数据进行详细的分析和解释，以确定材料的疲劳性能和断裂行为。
这包括确定疲劳寿命、裂纹扩展速率、断裂韧性等关键参数。
4.优化与应用：根据测试结果，对材料进行优化或改进，以满足特定应用场景的需求。
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FATIGUE ASSESSMENT METHODS FOR ARC WELDINGS对于电弧焊接的疲劳评估方法Dannbauer Helmut, Hofwimmer Klaus, Zhang WenxuanMagna Powertrain Engineering Center Steyr GmbH & Co KG, Austria麦格纳动力总成 – 斯太尔工程中心关键字 – 有限元，疲劳，焊缝，标准，S/N 曲线摘要 – 基于有限元分析的疲劳评估在汽车工业中被广泛的应用。
但是如何处理在车身和底盘等结构中的焊接问题任然是一个研究课题。
这篇论文将给出一个总揽并且对焊缝疲劳评估的不同方法进行对比。
∙基于标准的焊缝疲劳评估 (EUROCODE 3, BS 7608, DS1612):基于名义应力的细分类别将被用来与一条S/N曲线相关联；平均应力的影响将以不同的方法进行处理 (MKJ-图, 减少负载循环中的压缩受力部分)。
∙基于德国FKM标准的焊缝疲劳评估:针对S/N 曲线的细分类别；所有3个应力分量将被分别分析；不同的Haigh-图将应用在不同的残余应力等级上。
∙基于来自于有限元分析的结构应力的焊缝疲劳评估:简单板壳单元提供的结构应力将被用于与凹槽参数数据库相结合，以获得凹槽应力。
∙基于来自于有限元分析的凹槽应力的焊缝疲劳评估:带有1mm或5mm凹槽半径的实体模型将被用来进行凹槽应力分析；凹槽应力将应用主S/N曲线进行评估。
∙基于来自于有限元分析的节点受力的焊缝疲劳评估:从沿着焊缝走向的节点受力可以获得线载荷，它们将结合分析理论方程对结构应力进行计算。
凹槽应力将通过凹槽系数的分析评估被确定下来，一个主S/N 曲线将用于损伤值分析。
各种不同方法的规范将在理论上进行介绍并且提供一个应用案例用以说明它们在实践中的不同之处。
1. 简介车辆必须能够承受动态应力，它的部件包含不同的焊缝、焊点和凹槽。
在加工过程中非常不同的工艺处理将被应用。
这些对于使用中的疲劳寿命会产生正面的或是负面的影响。
焊缝特性对于车辆板材部件的刚度和硬度也会产生不同的影响。
焊接工艺、焊接类型和焊缝的位置以及焊点的数量和分布有着极大的在技术上的和经济上的影响。
实践告诉我们在底盘的疲劳试验中超过90%的裂纹来自于连接部位(1) (2)，原因是，相对比基础材料焊缝和焊点具有相对较低的动态强度值。
大量的标准规范以及出版物提供了不同的方法以评估在一个构件寿命周期内的动态应力。
一些方法是基于名义应力的。
另外一些方法应用结构或是凹槽应力以及最新的方法应用节点的受力。
这篇文章的目的是想展示一下焊缝结构疲劳分析中不同的评估方法，以及通过一个应用实例来讨论一下这些方法的优点和可行性。
2. 基于规范的焊缝疲劳评估除了在汽车工业中的应用，按照规范焊缝结构的疲劳评估被广泛应用到许多行业中。
尤其是在铁路或是其它安全相关的行业，基于大量的实验结果，规范提供了一个传统的和安全的方法。
在通常情况下对于大多数常用的焊接结构，一个所谓的细分类别（detail categories），通过疲劳实验可以对垂直和平行于焊缝的法向应力以及对剪切应力的S/N曲线进行建立。
为了评估一个焊接结构，每个焊缝连接必须在规范中为每个分应力指定一个细分类别。
规范中的各个S/N曲线将与名义应力，或由分析近似、有限元分析或试验中得来的结构应力相协同使用。
2.1 Eurocode 3 (3), British Standard 7608 (4), IIW-Guideline (7)这三个焊缝疲劳评估规范是大家非常熟悉的。
Eurocode 3 和 IIW-Guideline的主要规定是依赖于一套S/N曲线束，它们是同等间距的，并依赖于一套被分类的结构详图。
与Eurocode 3不同，规范BS 7608的S/N曲线并不是等间距的而且斜率也在m=3 到 3.5 和 4 到 8之间变动（见图1）。
图1: 法向应力的S/N曲线，EUROCODE 3 (左) 和 British Standard 7608 (右)2.2 DV 952 和 DVS 1612 规范在德国铁路交通工具规范DV 952 (5) 和 DVS 1612 (6) 中给出了可允许的最大主应力或是剪切应力相对于应力比率R 的图表。
在每个图表中对于几种凹槽类别给出了不同的曲线。
这样就可以从一个凹槽类别和平均应力（分别的R 值）找到相应的疲劳强度。
这些图表可以应用于如下材料的焊接： DV 952 : St 37, St 52-3, AlMg3, AlMgMn, AlMg4.5Mn, AlMgSi1, AlZnMg1 DVS 1612: S235, S355在焊缝中的σmax 或 τmax 的最大应力应当被确定，这个最大值必须小于图表中可允许的数值。
这意味着，应用这些规范，仅能够评估疲劳安全系数，而不能够研究疲劳寿命。
2.3 FKM 标准德国FKM 标准用于评估钢和铝材料的焊接和非焊接构件的疲劳问题。
这个标准对于工程师来说是一个非常强大的工具，它同时考虑了大多数对构件强度（静态和动态）产生影响的参数。
关于焊缝评估，这个标准的应用类似于规范EUROCODE 3 和 IIW-Guideline 的细分类别。
每个应力分项 (σ⊥, σ||, τ ) 必须通过利用度（utilization degrees ）a 的构成来单独评估：1,,,≤=⊥⊥⊥adma a a σσ,1||,,||,||≤=adm a a a σσ, 1,≤=adma a a τττ应力角标的说明:a ….. 应力振幅 ⊥ … 方向垂直于焊缝adm … 在S/N 曲线中允许的应力值 || …. 方向平行于焊缝对于复合应力状态，一个等价利用度 (equivalent utilization degree) a V 必须被使用:()142122||||≤⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅+-++=⊥⊥τa a aa a a V在表1中提供了各标准最重要的特征：图 1: 不同标准的最重要的特征σ⊥ …... 垂直于焊缝的法向应力∆σR …. 基础S/N曲线的应力范围τ⊥ …… 垂直于焊缝的剪切应力∆σR,t … 考虑壁厚的应力范围τ|| …… 平行于焊缝的剪切应力σ1 …… 最大主应力t eff …… 壁厚效应n = 0.1 – 0.3……厚度校正的指数t ref …… 参考板材壁厚3. 应用有限元分析的结构应力进行焊缝疲劳评估应用名义应力对一个复杂的构件进行焊缝评估是十分困难的并且在很多情况下仅能做粗略的评估。
有限元方法 (FEM) 提供了一个对结构应力的快速和准确的评估可能，它运用简单的板壳模型并且不考虑焊缝的几何结构。
如下的步骤需要被留意：∙部件的FEM模型来重现全局刚度；∙从焊缝中确定结构应力的一个固定位置（或是用一个建模指导方针来控制单元尺寸，或是用软件工具来降低网格尺寸的影响）；∙基于结构应力的凹槽应力近似值；∙通过一条主S/N曲线的凹槽应力评估；主S/N曲线的确定和凹槽应力的近似将在如下的篇章中进行表述。
3.1 半径 1mm 的平均值/离散度概念 (R1MS)Radaj, Koettgen, Olivier 和 Seeger 开发了一个方法，它可以进行焊缝动态强度极限的平均值和离散宽度的预测(9)。
在对不同的焊接类型、负载状况和应力关系的41次试验系列中（大约400次单独试验），构件的S/N 曲线被确定下来。
所有的试棒都是经过退火的。
然后对每一个试验系列在横截面裂纹损伤处的相应凹槽应力用数学方法从新进行了计算。
在这样做的时候，焊缝的根（root ）和脚（toe ）的几何结构被模拟成一个凹槽半径为r = 1mm 。
所模拟的焊缝上升角（weld climb angles ），它在焊脚对凹槽应力有很大的影响，近似的与每次单独的试验系列相一致。
图2显示的由试验确定的构件强度计算得来的凹槽应力疲劳极限，并应用上述所描述的模型r = 1mm 。
虽然焊缝类型是不同的，但是却得到了一个小离散的凹槽应力疲劳极限的唯一值。
这个结论对恒量应力比率R = -1 和 R = 0是同时有效的。
在图1中所给出的数值已经被核实并且对于其它焊接类型通过DVS (10)的S/N 曲线目录同样被证实。
这样就可以规定，对于任何由法向应力加载的焊接结构，焊根和焊脚的疲劳强度可以通过上述的模型被预测。
这意味着，我们已经获得了一条主S/N 曲线，它可以用在任何的焊接类型和焊接结构中。
Fig. 2: 存活率[%] 相对于疲劳强度[MPa]3.2 凹槽应力的确定通过局部焊缝坐标，焊缝的应力状态可以由位于焊缝单元的应力状况的有限元结果来确定。
根据Radaj 的1mm 倒角理论，凹槽应力可以通过子模型技术被计算出来。
图 3: 为计算凹槽应力的Radaj 子模型为了避免为构件的每个焊缝建立子模型，仅需要一次性的为绝大多数常用的焊接类型和焊缝结构进行建立。
对于非常重要的载荷类型（拉伸，弯曲以及在网格平面的受力流），凹槽系数被存储在一个数据库中。
基于来自有限元分析的结构应力，这些凹槽系数被用来近似的得到凹槽应力。
根据Koettgen, Olivier 和 Seeger (R1MS 概念)，凹槽应力（基于1mm 凹槽半径）可以通过主S/N 曲线来被评估。
这个方法已经包含在商业疲劳软件FEMFAT (11) 中了。
在FEMFAT®中对电弧焊接的疲劳评估包含如下的部分（总揽请见图4）：∙焊缝有限元模型建立指导方针；∙凹槽系数的数据库、Haigh图、S/N曲线和板材厚度的影响；∙自动识别、分配和评估整个构件的所有局部焊缝区域；∙自动应力修正以降低有限元网格密度的影响。
图 4: FEMFAT®焊缝仿真方法3.3 最小板壳单元尺寸的影响焊接构件的有限元模型，如乘用车卡车的车架、白车身结构、火车底盘等，大多数都是由薄板壳单元进行建立的。
对于焊接的评估在通常情况下，那些临近于焊缝的单元将会被使用。
在这种情况下所使用的应力非常依赖于单元的大小。
图5展示的是对于四种不同的单元尺寸 (10x10mm, 5x5mm, 2.5x2.5mm 和 1.25x1.25mm)，垂直于搭接接头焊缝的法向应力分布。
一方面在接头处的应力尖峰值依赖于单元尺寸，在另一方面在与接头有一定的距离处应力大小对于所有不同的网格密度几乎是近似的。
图 5: 对于不同单元尺寸的搭接接头焊接的应力分布疲劳分析软件FEMFAT 提供了一个对焊缝进行自动应力修正的功能。
给用户提供了可能来定义距离焊缝的特定间距。
在默认情况下，这个间距使用最小板材厚度，它是焊脚所处的位置，介于焊缝和高热影响区域。
在实际中，疲劳裂纹总是开始于这个位置或是在焊根处，进行疲劳分析也同样是在这个位置。
