细节中来细节中去(ok).ppt

,“从细节中来,到细节中去” 焊接结构疲劳寿命预测 的难点与对策 大连交通大学 兆文忠 2005年9月,主要内容：,几个基本概念 2. 焊接结构疲劳寿命预测的特殊性 3. 焊接结构疲劳寿命的流程 4. 疲劳断裂案例与细节 5. “从细节中来，到细节中去” 6. 以一个故事作为结语,1 几个基本概念,（1）疲劳 材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处逐渐产生局部永久性累积损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。（摘自GB10623-89：金属力学性能试验术语） （2）可靠性（Reliability） 产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。（摘自GB3187-82 ） 可靠性三要素：规定条件、规定时间、规定能力，其中规定时间即为规定寿命。,1 几个基本概念,（3）可靠性征量（Reliability Property） 凡能度量可靠性高低的数量指标，均称之为可靠性征量。 特征量度量特点：其真值只是理论上存在，在实际中是未知的，只能基于统计得到其估计值。（疲劳寿命预测其实质即为寿命估计） （4）疲劳寿命预测（Fatigue Life Prediction） 将可靠性中规定时间从抗疲劳的角度量化为估计值的过程。,1 几个基本概念,重要提示： 疲劳寿命只能是估计值，期望真值是不可能的； 该估计值的获得却是真正意义上的可靠性设计； 疲劳寿命预测既是科学决策的基础，也是效益最大化的必要 条件之一。 （5）疲劳寿命预测的S-N曲线,S-N曲线的数学表示：,2 焊接结构疲劳寿命预测的特殊性,（1）焊接过程的多学科属性导致难于从理论上创建求解模型； （2）焊接过程的复杂性导致焊接缺陷难于实施有效控制； （3）焊接缺陷的离散性、不确定性导致疲劳寿命难于估计；,疲劳分析=,2 焊接结构疲劳寿命预测的特殊性,裂纹、未焊透、未熔合、咬边、气孔、夹渣等缺陷均为随机因素，因而对疲劳损伤的影响必然具有随机特性。 （4）焊接过程中，任何一个相关因素的微小变化对疲劳寿命的影响极其敏感，这种高敏感性导致疲劳寿命难于可靠估计； （5）即使是采取热处理的方法以消除焊接残余应力，由于焊缝的实际受力状态的多样性，其效果也不能一概而论。 例如： 当应力比（R= ）较小时（例如R=-1），经热处理消除残余应力试样的疲劳强度接近130MPa，而未经消除残余应力的试样的疲劳强度接近75MPa； 当应力比（R= ）较大时（例如R=0.3），经热处理消除残余应力试样的疲劳强度接近260MPa，而未经消除残余应力的试样的疲劳强度接近270MPa；,2 焊接结构疲劳寿命预测的特殊性,（6）“功臣”与“罪人”的双重属性，导致焊接结构疲劳破坏具有隐蔽性。 焊接专家说：“一方面焊接是功臣，因为它促进了生产的发展；另一方面，焊接是罪人，因为它也是许多事故的根源”。,3 焊接结构疲劳寿命的流程及其难点,（1）机车车辆焊接结构疲劳寿命预测流程,输入 随机动载荷线路上实测获得 等幅或周期性变幅动载荷按照某些标准，实验室等幅加载 系统 组成机车车辆结构的焊接接头集合，一旦接头形式细节给定，它抵抗疲 劳破坏的能力就已经给定，而S-N曲线不过是这一能力的数学描写。 输出 动应力响应，注意：不同的设计准则对参与寿命计算的应力分量有不同要求。,3 焊接结构疲劳寿命的流程及其难点,寿命计算流程,3 焊接结构疲劳寿命的流程及其难点,（2）难点 真实结构中焊接接头的S-N曲线难于获得。 （不同于材料（母材）S-N曲线、也不同于实验室标准接头S-N曲线） 诱发结构疲劳的动载荷难于获得。 （注意，不是动应力，动应力仅是动载荷的响应，另外，动载荷是全局量，而动应力则是局部量。根据动载荷可以较易地获得动应力，而根据动应力则难于获得动载荷。）,4 疲劳断裂案例与细节,（1）某转向架的疲劳断裂 细节：一条焊缝惹的祸,4 疲劳断裂案例与细节,细节：一条焊缝惹的祸,4 疲劳断裂案例与细节,细节：一条焊缝惹的祸,4 疲劳断裂案例与细节,（2）某制动梁的疲劳断裂 细节：一个随意的吊挂带来的大麻烦,4 疲劳断裂案例与细节,（3）某交叉杆的疲劳断裂 细节：一个又回到原点的否定之否定,4 疲劳断裂案例与细节,（4）某中梁的疲劳断裂 细节：一个次要矛盾转化成致命伤害,5 “从细节中来，到细节中去”疲劳断裂预防对策,（1）关注疲劳需从关注细节开始“从细节中来” 任何一类细节对疲劳寿命的影响都是高度非线性的； 任何一类细节的微小量级仅靠探伤洞察是不够的。 （2）千方百计地降低应力集中是提高疲劳寿命的基本落脚点“到细节中去” 应力集中可以解释一切焊接缺陷的内涵； 治理应力集中需注意协调刚度。,5 “从细节中来，到细节中去”疲劳断裂预防对策,（3）注意两方面的积累 建立S-N曲线数据库； 建立动载荷数据库。 （4）注意数据化模式的精细管理 首先，细节是可以量化的； 其次，科学管理需要量化细节。,6 以一个故事作为结语,一个鲜为人知的故事： 美国福特公司的一台工业电机发生故障，各方人士检查了三个月，竟然束手无策，于是请来了德国专家斯坦门茨。他经过研究和计算，用粉笔在电机上划了一条线，说：“打开电机，把划线处线圈减去16圈。”照此做了，电机恢复正常。福特公司问要多少酬金？他要一万美元。人们惊呆了划一条线竟要这么高的价！他坦然地说：“划一条线值一美元，知道在什么地方划线值九千九百九十九美元。” 这故事原说的是知识的价值，如果换个角度从决策来说，就是决策的结果很简单，但决策的过程很复杂，需要人们做大量深入细致的调查研究。以此故事来说，为什么要在此处而非在彼处划线？为什么是减去16圈，而不是减去15圈或17圈？可以