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焊接节点低温疲劳试验与低温主S-N曲线的构建

2021-12-18郑杰瑜王艺陶刘俊杰胡嘉骏吴剑国廖小伟

海洋工程 2021年6期
关键词:有限元结构

郑杰瑜,王艺陶,刘俊杰,胡嘉骏,吴剑国,廖小伟

(1. 浙江工业大学 土木工程学院,浙江 杭州 310023;2. 中国船舶科学研究中心,江苏 无锡 214082)

随温度的降低,钢材的静力拉伸强度增加,其断裂韧性和冲击韧性减少[1-3],导致钢材延展性变差,裂纹扩展更容易[4]。疲劳破坏是低温、极地海洋结构物的主要破坏方式之一,焊接节点疲劳评估是业界关心的热点问题。

针对常温环境下钢结构焊接节点疲劳评估,S-N曲线评估方法较为成熟[5],国内外很多规范都使用该方法[6-10],而低温环境下,钢结构疲劳评估方法的研究相对较少[11]。Liao等[12]、张浩辉[13]、刘子杰[14]、贾星兰等[15-16]、廖小伟等[17]曾进行过低温疲劳试验,并各自采用线性回归拟合方法得到了不同接头在低温环境下的中值S-N曲线,由于上述研究的数据较少,得到的S-N曲线通用性不足。鉴于热点应力法仅考虑了几何不连续造成的应力集中,未考虑缺口效应对疲劳性能的影响,且无法反应焊趾处的应力分布,Dong等[18-22]基于自由体的切面法提出了裂纹易发位置(焊趾)的局部应力(结构应力)计算方法,并基于断裂力学理论,利用Paris公式[23]推导出焊接结构疲劳寿命预测的一条主S-N曲线,形成了为ASME[20]采纳的焊接节点疲劳评估的主S-N曲线法。然而,现有的主S-N曲线仅适合在室温环境下使用,预测低温环境下焊接接头的疲劳寿命存在误差。为此,有必要明确低温环境下焊接结构的主S-N曲线。

为了掌握低温对焊接节点疲劳性能的影响规律,进行了船用高强度钢EH36在低温环境(-40°C)下T型节点的疲劳性能试验,拟合了低温环境(-40°C)下T型节点的S-N曲线。……

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