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基于焊接应力场的高强钢疲劳寿命研究

2014-10-11王庆丰唐昌德郝寿军李永正

关键词:焊缝有限元结构

王庆丰,唐昌德,郝寿军,李永正

(1.江苏科技大学船舶与海洋工程学院,镇江212003)

(2.江苏韩通船舶重工有限公司,江苏南通226000)

众所周知,在多数焊接结构疲劳失效的事故中,主要是由焊接接头的残余应力引起的.随着焊接技术的发展和船舶建造水平的提高,高强度钢越来越多的应用于船舶与海洋工程物的关键部位上.广泛采用高强钢有利于提升船舶结构的强度,同时减小船体结构尺寸,提高经济效益水平和国际竞争力.然而高强钢的特点是屈服强度和极限强度较高,但其弹性模量并未提高,所以其疲劳强度并没有显著提升[1].构件尺寸变小,容易造成焊接变形以及焊接残余应力增大,必然会对结构的疲劳寿命产生较大影响.

目前对疲劳寿命的研究成果中,涉及船用高强钢的文献并不多,更是鲜有同时考虑残余应力的影响[2-5].文中以船舶结构中的典型高强节点(如舱壁与甲板相交处)为对象,按照国标设计T型焊接接头疲劳试件,利用数值模拟和试验手段对疲劳试件的焊接残余应力分布规律进行分析,并将其完整的节点应力以预应力的形式施加到疲劳计算的过程中,研究其对结构疲劳寿命的影响.

1 残余应力对疲劳寿命的影响机理

图1为极限应力幅值σa和不同平均应力σm表示的疲劳图,曲线ACB代表不同平均应力σm时的极限应力幅值σa.当接头中的应力振幅大于σa时,将发生疲劳破坏;小于σa时则是安全的.

图1 疲劳强度与 σa,σm的关系[6]Fig.1 Relationship between fatigue and σa& σm

如果接……

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