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焊接结构疲劳评估教程目录1. 内容概览 (2)1.1 焊接结构概述 (2)1.2 疲劳评估的重要性 (4)2. 焊接结构疲劳理论基础 (5)2.1 基本概念 (7)2.1.1 应力集中 (7)2.1.2 循环应力和疲劳寿命 (9)2.2 疲劳测试的原理 (11)2.2.1 疲劳试验方法 (12)2.2.2 应力应变关系 (13)2.3 疲劳分析模型 (15)2.3.1 线弹性理论 (16)2.3.2 非线性理论 (17)3. 焊接结构疲劳评估的流程 (18)3.1 初步评估与载荷识别 (20)3.2 应力和应变分析 (20)3.3 疲劳寿命的计算 (21)4. 特定焊接结构故障模式和评估 (23)4.1 焊接缺陷分析 (24)4.2 材质的影响 (26)4.3 环境因素对焊接结构的影响 (27)4.3.1 温度波动 (29)4.3.2 腐蚀与疲劳 (30)5. 焊接结构疲劳的实验验证 (31)5.1 模拟试验设计与数据处理 (33)5.2 实际操作中的试验与测量技术 (34)5.3 适用的测试设备与仪器 (36)6. 焊接结构疲劳评估的案例分析 (37)6.1 实用案例比较 (38)6.2 设计优化与验证 (38)6.3 案例后评估与结论 (40)7. 疲劳评估技术更新与发展展望 (41)7.1 新技术、新材料对评估的影响 (42)7.2 算法创新与疲劳评估的进步 (44)7.3 工艺优化与优化算法 (45)1. 内容概览焊接结构的特点及潜在疲劳风险:探讨焊接结构相较于其他连接方式的优点和局限性，并深入分析焊接过程可能引入的缺陷及其对疲劳寿命的影响。
疲劳损伤机制:讲解疲劳损伤的形成过程，包括微观损伤扩展、塑性变形、腐蚀应力腐蚀等，并阐明不同类型的载荷作用下疲劳损伤的不同表现形式。
影响疲劳寿命的因素:系统地介绍影响焊接结构疲劳寿命的主要因素，如材料特性、焊接工艺参数、结构几何形状、环境因素等，并分析其相互作用的关系。
焊接接头疲劳寿命评估中板厚参数的影响分析王悦东;葛巍;李向伟【摘要】针对焊接接头板厚参数对其疲劳寿命的影响问题,分别采用ⅡW2008、BS7608等疲劳评估标准以及ASME标准进行对比性计算与分析.选用焊接部件中典型的十字型接头,材料分别选用铝材和钢材两种主流的金属材料,并采用名义应力法及结构应力法等方法计算不同厚度下的铝材及钢材焊接接头的疲劳损伤.计算结果表明:当焊接结构的载荷方向明确且厚度在20 ～ 30 mm之间的情况下,使用ⅡW 2008标准评估疲劳更为合理;当焊接结构复杂或是焊接板很厚或很薄的情况下,建议使用Verity方法评估疲劳寿命.【期刊名称】《大连交通大学学报》【年(卷),期】2017(038)001【总页数】4页(P30-33)【关键词】焊接接头;疲劳寿命;Verity方法;板厚【作者】王悦东;葛巍;李向伟【作者单位】大连交通大学交通运输工程学院,辽宁大连116028;大连交通大学交通运输工程学院,辽宁大连116028;齐齐哈尔轨道交通装备有限责任公司,黑龙江齐齐哈尔161000【正文语种】中文疲劳断裂是金属结构失效的一种主要形式，它是由于材料在循环应力或应变的反复作用下所发生的性能变化，是一种损伤累积的过程[1].由于疲劳断裂的不确定性和危害性，已经引起了很多工程技术人员的重视.目前金属疲的破坏主要有母材金属疲劳破坏和焊接结构疲劳破坏两种.其中，焊接结构疲劳破坏是目前工程领域的重点研究对象.对于焊接结构，焊趾是其最重要的研究位置子之一[2]，而板厚对于焊趾处的疲劳寿命的影响更有着举足轻重的作用.Maddox S J指出[3]，在裂纹深度和峰值应力同等的情况下，虽然厚板的应力梯度没有薄板的应力梯度大，但是厚板在裂纹深处的应力一般大于薄板，所以裂纹在厚板中更容易扩大[4].由此可以推断，焊接结构的疲劳强度随着板厚的增加而降低[4].本文针对焊接接头疲劳寿命评估的板厚参数问题，分别采用P. Dong教授总结提出的Verity方法、国际焊接协会提出的IIW 2008标准以及英国标准BS7608对不同厚度的焊接接头进行疲劳寿命的计算与分析.Verity方法存在两个关键技术，分别为网格不敏感结构应力法以及以等效结构应力变成以ΔSS为参数的主ΔSS-N曲线.网格不敏感结构应力法[5]是根据功等效的原理将单元的节点载荷转化为单元边上的线载荷，再应用结构力学的基本公式计算出单元边上任意一点的膜应力σm和弯曲应力σb以及自平衡缺口应力σnlp，其中膜应力和弯曲应力的和定义为结构应力σS.因此可知，网格不敏感结构应力法解决了另外两种疲劳评估方法下焊线位置以离散节点的节点力为评估依据的局限性[6].而主ΔSS-N曲线法[7]是在网格不敏感结构应力法的基础上，采用基于断裂力学的Paris裂纹扩展公式，通过求解半椭圆表面裂纹应力强度因子，将结构应力的变化量、板厚以及载荷作用模式三个主要影响焊接结构疲劳强度的因素统一为一个参量，将其定义为等效结构应力幅ΔSS，推导了以等效结构应力幅ΔSS作为参量的主ΔSS-N曲线表达式：式中:I(r)为载荷模式参数，它是通过进行多项式拟合得出的.IIW2008标准是国际焊接协会推行的疲劳寿命评定准则，适用于多种类型的钢材料和铝材料，该标准在考虑到由于焊缝形状而引起的局部应力集中、焊缝尺寸及形状偏差、应力方向、焊接残余应力及焊后做改善处理的情况下，给出多种类型焊接接头的疲劳强度.IIW2008标准的评估步骤[8]如下：(1)选用该标准评估寿命要基于焊接接头的初始信息，尽可能选择与评估对象的焊接形式和载荷作用模式相符合的焊接接头，确定应力类别;(2)通过所选评估点的疲劳强度级别对应的S-N曲线得到损伤比：式中:ni表示载荷谱中应力范围为Δσi的循环总数；Ni表示在该应力范围内将导致损坏的循环总数；Δσ1和Δσ2为疲劳评估点对应的S-N曲线拐点；c1和c2为对应的常系数.并且通过厚度修正因数f(t)对应力幅值进行修正：式中:tref为IIW2008标准里定义的标准厚度，其值为25 mm；teff为焊接接头处板厚实际厚度，并根据实际焊缝厚度与母材厚度比值是否大于2来选取teff=t或teff=0.5×L；n为厚度修正系数.(3)按照Miner的线性累积损伤理论，通过总损伤比是否大于1评估焊接接头寿命是否符合设计要求.IIW2008标准考虑到了低应力级别下高循环的疲劳损伤累积情况，这恰好符合轨道交通行业疲劳破坏的主要情况[9]，而且它囊括了钢材和铝材两种主要金属类别，而铝材也符合目前机车车体、机车转向架轻量化需求的发展趋势.此外，IIW2008标准较BS7608标准提供了更加丰富的焊接接头形式和载荷作用模式，因此它的实用度更高，更利于普及.BS7608标准[10]是以Miner线性累积损伤理论为基础，适用于评估材料为屈服强度低于700 MPa的碳钢、调质钢的焊接接头的疲劳寿命.BS7608标准[6]考虑了局部应力集中、焊缝尺寸、载荷加载方向、板厚参数等因素对焊接接头疲劳强度的影响，提供了多种焊接接头的疲劳强度值.BS7608标准的评估[11]与IIW2008标准的评估步骤基本一致，主要有两处不同，其一是因为该标准只适用于钢材料的评估，故疲劳强度等级分类较少，从而对应的常系数不同；其二是该标准对应力范围的厚度修正因数不同：式中:t为焊接接头处板厚的实际厚度；tB为BS7608标准里定义的标准厚度，其值为16 mm；SB是板厚为标准厚度时的疲劳强度；S是修正后的实际疲劳强度.4.1 十字型接头有限元模型本文选取的计算对象为单侧全焊透焊缝的十字型接头，为了有很好的应力梯度，本文选用的单元类型为高阶壳单元，在下方立板端加全位移约束，载荷类型为脉动载荷，计算模型施加应力水平为20 MPa，作用位置在上立板边缘，作用方向与立板平行，假定开裂位置为立板焊趾处，并且为全焊透状态，有限元模型如图1所示.并通过有限元技术，计算得到的十字型接头Von Mises应力云图如图2所示. 4.2 统计结果IIW2008标准定义的标准厚度为25 mm，BS7608的标准厚度为16 mm，所以本文计算的板厚范围为10～30 mm，材料选取普通钢材和铝材，不同厚度模型下计算得到的名义应力值、Verity方法中的结构应力值和对应的等效结构应力值以及三种疲劳评估标准下计算得到的损伤值(仅列出关键点)见表1和表2，假定存活率为95%.4.3 铝材和钢材损伤值的对比结果通过计算，基于IIW2008标准以及Verity方法评估的材料为铝材的十字型接头的损伤值的对比结果如图3所示.基于IIW2008标准、BS7608标准以及Verity方法评估的材料为钢材的十字型接头的损伤值的对比结果如图4所示.(1) 在保证网格质量的前提下，不难看出，在评估低应力循环负载时，由Verity方法评估铝制十字型接头的损伤值要高于IIW 2008标准评估的，而评估钢制十字型接头时，三者相比，IIW 2008评估的损伤值最高，BS 7608标准评估的损伤值最低;(2)通过比较损伤值数值可知，评估铝材料疲劳损伤值时，Verity方法计算的损伤值斜率为0.005 4，而通过IIW 2008标准得到的损伤值的斜率为0.013 0，两者相比，大约为KIIW2008=2KVerity，换言之，IIW 2008标准在厚度参数对疲劳强度的影响上采用了激进的修正方式，但这样一来，按照IIW 2008标准设计的带有厚板的结构偏危险；在评估钢材料疲劳损伤值时，IIW 2008标准的修正斜率是0.000 8，BS 7608标准的修正斜率是0.000 4，Verity方法的修正斜率是0.000 16，三者相比，大约为5∶2.5∶1，可以看出IIW 2008标准评估的损伤值整体高于另外两种标准的结果，而且厚度修正速率也更快，说明在评估超过标准厚度的钢制焊接结构时，损伤值过高，对结构设计要求过高;(3)在应力方向明确的情况下，当焊接接头厚度在20～30 mm之间的情况下，建议采用IIW 2008标准；而面对结构复杂，焊接部位很厚或是很薄的情况下，建议使用Verity方法.E-mail:******************.cn.【相关文献】[1]张彦华．焊接结构疲劳分析[M] ．北京：化学工业出版社，2013．[2]薛刚，王涛，宫旭辉,等．交变载荷作用下平面应力状态焊接接头焊趾处应力应变理论解的推导[J]．焊接学报，2015，36(4)：97- 100．[3]MADDOX S J．The Effect of Plate Thickness on the Fatigue Strength of FilletWelds[M]．Abington,Cambridge:Abington Publishing,1987．[4]徐永春，何文汇．板厚对焊接接头疲劳强度的影响[J].工业建筑，1989(1):18- 25．[5]DONG P．A structural stress definition and numerical implementation for fatigue analysis of welded joints[J]．International Journal of Fatigue，2001，23：865- 876．[6]李向伟，兆文忠.基于Verity方法的焊缝疲劳评估原理及验证[J]．焊接学报，2010(7)：9- 12．[7]KYUBA H，DONG P．Equilibrium-equivalent structural stress approach to fatigue analysis of a rectangular hollow section[J]．International Journal of Fatigue，2005，27：85- 94．[8]国际焊接协会(IIW)．XⅢ- 1539- 96/XⅤ- 845- 96焊接结构和构件的疲劳设计[S]．[s.l.]:[s.n]，2008．[9]谢素明，时慧焯.基于IIW标准的提速客车转向架焊接构架疲劳寿命预测[J]．大连铁道学院学报，2006(3):17- 21．[10]BS7608 B S. Code of practice for fatigue design and assessment of steelstructures[S]．British Standards Institution，1993．[11]谌伟，严仁军．基于切口应力强度理论的横向角接焊接接头的疲劳强度评估[J]．船舶力学，2015(9):1116- 1125．。
焊接件的疲劳寿命评估焊接是一种常见的连接方式，在工业生产和建筑领域都有广泛应用。
但是，焊接件在使用过程中会遭受不断的往复载荷，这样就容易导致焊接件的疲劳失效。
因此，对于焊接件的疲劳寿命进行评估，对于确保焊接件安全性和使用寿命非常重要。
焊接疲劳寿命的评估方法有很多种，其中最常用的是应力范围法和应力幅值法。
应力范围法在国内外得到了广泛应用，其基本思想是将疲劳载荷作用下焊接件中的应力循环曲线划分为若干个应力幅值相同的应力范围段，然后采用疲劳强度校正系数的方法求出每个应力范围段的疲劳寿命，最后将各个应力范围段的寿命加权平均得到总的疲劳寿命。
而应力幅值法则是利用应力幅值和应力比的关系，从而确定焊接件的疲劳寿命。
应力幅值法适用于与疲劳寿命相关的应力幅值变化范围大、试验样品数量多、试验时间短等样品类别多的情况。
同时，这种方法也可以进行极限应力管控，提高焊接件的寿命。
而在这些评估方法中，影响焊接件疲劳寿命的因素也十分复杂，如应力集中、冲击载荷、环境介质、材料疏松、淬火疏松、雷电场等，这些因素都会对焊接件产生影响。
因此，在进行焊接件疲劳寿命评估时，需要综合多种因素进行分析，才能做出正确的评估。
焊接件的疲劳寿命与制造工艺和材料本身也有很大关系。
优化焊接工艺和选用优质材料，可以拉长焊接件的疲劳寿命。
目前市场上已经有很多针对焊接件疲劳寿命的优化材料和改进工艺技术，都是为了更好地保障焊接件的使用寿命和安全性。
总之，焊接件的疲劳寿命评估是焊接件安全使用的基础，不同的评估方法和影响因素需要我们进行深入学习和研究。
通过优化制造工艺和材料，以及合理应用焊接件疲劳寿命评估方法，我们可以更好地保障焊接件的使用寿命和安全性。
焊接接头疲劳寿命评估与改善方法引言：焊接接头是工程结构中常见的连接方式之一，其质量和可靠性对于工程结构的安全性和稳定性起着至关重要的作用。
然而，由于焊接接头在使用过程中承受着重复加载和应力集中等因素的影响，其疲劳寿命往往成为焊接接头设计和使用过程中需要解决的一个重要问题。
一、焊接接头疲劳寿命评估方法1. 疲劳试验法疲劳试验法是一种直接评估焊接接头疲劳寿命的方法，通过对焊接接头进行一系列加载和卸载的循环试验，观察其在不同循环次数下的疲劳破坏情况，从而确定其疲劳寿命。
这种方法具有直观、可靠的特点，但是需要大量的试验样品和时间，成本较高。
2. 数值模拟法数值模拟法是一种基于有限元分析的方法，通过对焊接接头进行力学和疲劳分析，预测其在不同循环次数下的疲劳寿命。
这种方法可以较好地模拟焊接接头的应力分布和疲劳损伤形态，具有较高的准确性和效率。
然而，数值模拟法需要建立准确的材料本构模型和边界条件，对于复杂的焊接接头结构和加载情况，模拟结果可能存在一定的误差。
二、焊接接头疲劳寿命改善方法1. 材料选择焊接接头的材料选择对其疲劳寿命具有重要影响。
高强度、耐疲劳性能好的材料可以有效延长焊接接头的使用寿命。
因此，在设计和选择焊接接头材料时，应考虑其力学性能和疲劳性能指标，选择合适的材料。
2. 焊接工艺优化焊接工艺是影响焊接接头质量和疲劳寿命的关键因素之一。
通过优化焊接工艺参数，如焊接电流、焊接速度、焊接温度等，可以改善焊接接头的疲劳性能。
例如，采用适当的预热和后热处理工艺可以减少焊接接头的残余应力，提高其疲劳寿命。
3. 接头设计改进焊接接头的设计也对其疲劳寿命有着重要影响。
合理的接头形状和尺寸可以减少应力集中和应力集中因子，提高焊接接头的疲劳强度。
例如，采用圆角过渡和适当的增强措施可以改善焊接接头的应力分布，延长其疲劳寿命。
4. 表面处理焊接接头的表面处理可以改善其疲劳性能。
例如，采用喷丸、打磨等方法可以消除焊接接头表面的裂纹和缺陷，提高其表面质量和疲劳寿命。
fe-safe中关于verity焊缝疲劳的计算问题
在Fe-Safe中，关于Verity焊缝疲劳的计算问题，需要注意以下几个方面：
1.焊缝的宏观和微观几何形状：焊缝的抗疲劳性能很大程度上取决于其宏观和微观几何形状。
在Verity计算中，你需要确保正确模拟焊缝的这些特性。
2.动态应力：动态应力是影响焊缝疲劳强度的一个重要因素。
在Verity 中，你需要设置正确的载荷历程，以考虑动态应力的影响。
3.平均应力：平均应力也会影响焊缝的疲劳强度。
在Verity计算中，你需要合理设置平均应力的值。
4.焊接残余应力：焊接过程中产生的残余应力会对焊缝的疲劳强度产生影响。
Verity软件可以模拟焊接残余应力的分布和影响。
5.材料属性：在Verity中，你需要为所使用的材料设置正确的属性，包括弹性模量、泊松比等。
6.网格划分：为了获得更准确的计算结果，你需要对焊缝区域进行适当的网格划分。
在Verity中，你可以根据需要调整网格密度和网格类型。
7.边界条件：为确保计算的准确性，你需要为模型设置合适的边界条件，如固定约束、释放约束等。
8.疲劳分析方法：Verity提供了多种疲劳分析方法，如名义应力法、局部应力法等。
你需要根据实际情况选择合适的分析方法。
9.结果分析：Verity计算完成后，你需要对结果进行分析，关注焊缝疲劳寿命、疲劳强度等指标。
总之，在Fe-Safe中进行Verity焊缝疲劳计算时，需要关注以上各个方面，以确保计算结果的准确性。
Verity焊缝疲劳总结一.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。
所以对焊缝进行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:¾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;¾以结构应力为控制参数计算应力强度因子, 在主要考虑焊趾缺口、结构板厚、载荷模式等因素影响的基础上, 基于断裂力学分析确定与疲劳寿命直接相关的应力参数, 导出等效结构应力转化方程。
基于热点应力法的焊接结构疲劳评估引言焊接结构在工程和制造过程中广泛应用，但在长期使用中会面临疲劳失效的风险。
为了提高焊接结构的可靠性和安全性，进行疲劳评估是非常重要的。
基于热点应力法是一种常用的疲劳评估方法，本文将对该方法进行全面、详细、完整和深入的探讨，以期对焊接结构的疲劳评估提供有益的指导。
二级标题一三级标题一在进行焊接结构疲劳评估之前，我们需要首先了解热点应力法的基本原理。
热点应力法是一种通过考虑焊接热循环引起的残余应力和应力集中等因素，来评估焊接结构疲劳寿命的方法。
其基本思想是将焊接接头中的焊缝区域划分为若干个小区域（即热点），然后针对每一个热点进行应力分析，最终得到整个焊接接头的热点应力分布。
根据热点应力分布，可以进一步估计焊接接头在特定载荷下的疲劳寿命。
为了进行热点应力法的疲劳评估，我们需要进行以下几个步骤：1.确定焊接接头的几何形状和尺寸。
2.建立焊接接头的有限元模型，包括焊缝区域的几何形状和材料性质。
3.设置加载边界条件，包括载荷大小和加载方式。
4.运行有限元分析，计算焊接接头的应力分布。
5.根据应力分布，计算热点应力。
6.利用热点应力和疲劳标准曲线，估计焊接接头的疲劳寿命。
三级标题二热点应力法的核心是计算焊接接头的热点应力。
热点应力是指焊接接头中最大的应力值，通常出现在焊缝和母材交界处等处。
热点应力的计算可以利用有限元方法进行，其具体步骤如下：1.对焊接接头进行网格划分，将焊缝区域划分为若干个小区域。
2.在每个小区域中设置一个节点，并为每个节点指定适当的材料性质和分布载荷。
3.运行有限元分析，计算每个节点的应力分布。
4.在每个小区域中选取最大的应力值作为该区域的热点应力。
5.将所有小区域中的热点应力进行对比，得到整个焊接接头的热点应力分布。
通过以上步骤，我们可以得到焊接接头的热点应力分布，从而可以进一步评估焊接接头在不同载荷下的疲劳寿命。
二级标题二三级标题一在进行热点应力法的焊接结构疲劳评估时，还需要注意一些关键问题。
