（材料加工工程专业论文）焊接接头疲劳评定的局部法研究.pdf

中文摘要 发展和建立准确的焊接接头疲劳强度与寿命评定方法一直是工程界关注的 重要问题，而局部法是近年来发展起来的一种新的疲劳评定方法。因此，本文 从试验和理论两方面对焊接接头疲劳评定的局部法进行了研究。 本文重点对焊接接头疲劳评定的等效应力强度因子法、临界距离法和临界 面法做了介绍。文中采用了有限元方法对疲劳试样建立二维、三维的有限元模 型；对各个试样的局部应力状态进行了计算。通过疲劳试验的验证，上述三种 方法能够对焊态下的焊接接头( 非承载角焊缝十字焊接接头和带纵向立板的角 焊缝焊接接头) 的疲劳强度给出合理的评定，比较符合实际。等效应力强度因 子法对应力集中区的有限元网格大小的敏感性不大，并适于尖锐缺e l 的情况， 对实际非承载角焊缝十字接头的焊趾半径变化范围( 在o 1 5 m m 一0 8 m m 内) ，选 择焊趾半径与最小单元尺寸的比值p e 。 1 7 时，可以获得合理有效的a k , 值计 算结果，当焊接接头的焊趾半径较小( o 1 5 m m 一0 4 0 m m ) 时，等效应力强度因 子法更为合理。采用1 6 m n 带纵向立板角焊缝焊接接头的疲劳试验结果对c d m 法中的线方法( l m ) 、点方法( p m ) 的有效性进行了研究，在焊态情况下c d m 法能够对其疲劳性能做出合理的评定，并能预测疲劳断裂位置：接头型式和应 力循环比( 在r = 0 1 ，0 4 范围) 对c d m 局部参量表示的s - n 曲线影响较小；有限 元网格的疏密对c d m 法有着一定的影响，而p m 法对有限元网格尺寸的依赖 性要高于l m 法；当最小三维单元尺寸e m i n 1 0 2 。，九， l 时，只有张开型应力场具有奇异性 8 。 由于当r j o 时v 形缺口尖端的应力分量均趋于无限大，这表明采用应力分 量表示缺口端部材料强度已不再适用，而k 。“和k ：“是焊趾端部应力场奇异性强 弱的度量，它与接头几何尺寸、载荷类型和焊趾角度有关因此可认为k 。“和k 。” 是控制焊趾处疲劳裂纹起始的有效参量，类似线弹性断裂力学方法( l e f m ) 分 别定义k 。”和k ：”为张开型和滑移型“缺口应力强度因子”( n o t c hs t r e s s i n t e n s i t yf a c t o r ，简称n - s i f ) 。对非承载角焊缝十字接头，缺口应力强度因 子n s i f 可表示为： 世，= 毛盯。r 1 _ ，芷，= k 2 a 。t 1 一如( 1 - 2 ) 第一章绪论 其中，k 。、k 。是与十字接头几何尺寸有关的无量纲系数，a 。是远处施加的名义 应力，t 是主板厚度。由于在许多疲劳评定规范( 如i i w 、e u r o c o d e - 3 等) 中都 推荐角焊缝张开角2q = 1 3 5 。( 图卜l 示) ，对这种接头形式九。= 0 6 7 4 ，九：= 1 3 0 2 ， 只有张开型应力场是奇异的，因而只需考虑i 型n - s i f 即可。同样可用焊趾附 近的应力分量表示n - s i f ： k f f , = 盯，”，k 品= c r ”2 6 ( 1 3 ) 其中( r ，0 ) 为以焊趾尖端为原点的极坐标，a ，和分别为径向和切向应力分量( 图 卜1 示) 。有关文献【9 1 中称上述n - s i f 为焊缝应力强度因子( w e l ds t r e s s i n t e n s i t yf a c t o r ，简称w - s i f ) 。这样n - s i f 局部疲劳评定准则可描述为：对 承受循环载荷作用的任意非承载角焊缝十字接头，当焊趾处具有相同的n - s i f 时则焊接接头具有相同的疲劳寿命。 l a z z a r i n 和l i c i e r i 、a t z o r i 等利用钢和铝焊接接头的疲劳数据对n - s i f 局部法的有效性进行了详细探讨阳】。试验表明，利用n - s i f 可以将名义应力s n 曲线转换为由n s i f 表示的k l n 曲线，这种曲线包括了接头几何尺寸和载 荷类型的影响具有普遍适应性；n - s i f 可以正确评定钢及铝合金焊接接头( 焊态) 的疲劳性能，并能有效预测疲劳强度与板厚的尺寸效应，由式( 卜2 ) 可见名义 疲劳强度o 。与板厚t 的指数关系为0 3 2 6 ，这种板厚效应是由尖锐焊趾的应力 场奇异性所决定的；n - s i f 不仅可以预测焊趾疲劳裂纹起始寿命，也能预测焊 接接头总的疲劳寿命。 图i - l 用于焊接接头分析的坐标系和几何参量 f i g 1 - 1c o o r d i n a t es y s t e ma n dg e o m e t r i c a lp a m m e t e r s f o r t h ea n a l y s e so f w e l d e d j o i n t s 第一章绪论 1 2 2 等效应力强度因子法( e - s i f ) 缺口构件的疲劳强度依赖于裂纹起始处附近的应力场和裂纹扩展路径上的 应力场。在高周疲劳区，应力的计算通常采用线弹性分析。有关的研究表明 n 0 ，在某些条件下深度为d 、根部半径为p 的缺口与相同尺寸的裂纹( 即裂纹 长度为d ，缺口半径p = o ) 具有相同的疲劳性能，即存在一些类似裂纹的“尖锐 缺口”，可以用“等效应力强度因子”( e q u i v a l e n t s t r e s si n t e n s i t yf a c t o r ， 简称e - s i f ) 来描述其应力集中特征，如果e - s i f 大于疲劳裂纹扩胜l _ j 槛值k k 则材料局部发生疲劳失效。t a y l o r 将这种概念推广应用于二维或三维情 况下具有任意应力集中构件的疲劳评定，并建立了确定e - s i f 的有效分析方法。 e s i f 的计算过程是：首先采用有限元法计算构件应力集中处的局部应力 场，从最高应力点沿垂直于局部最大主应力的方向作一坐标轴r ，并确定最大 主应力o 沿坐标轴r 分布函数，即仃。r 曲线，然后将a r 曲线与均匀拉伸载荷 作用下带中心穿透裂纹的无限大板试样裂纹端应力场进行比较，不断调整这两 种钒一r 曲线以达到最佳拟合，最终确定对应具体构件和载荷的“等效应力强度 因子”k 参数【“。3 。“l ，如图1 2 所示。 为什么要选择该方向的路径进行等效应力强度因子参数的计算，t a y l o r 对 承受平面弯曲的汽车曲轴的分析很好的回答了这个问题。虽然采用的是三维有 限元分析对构件进行的评定，但是在构件的中间截面内可以将该问题简化为二 维的问题。在这种情况下，从热点应力处出发，选择垂直最大主应力的方向来 作出g i - r 曲线。之所以选择该方向作该曲线，主要是因为疲劳裂纹总是沿着该 方向扩展，因而最大主应力等于裂纹张开应力，因此选择局部最大主应力场计 算k ，参数，即对应裂纹端张开型( m o d ei ) 应力场。 采用等效应力强度因子法进行疲劳评定时需要考虑两个问题，一个是采用 等效应力强度因子进行的疲劳寿命预测来自于对有限元模型的计算，当有限元 网格较粗时，对热点附近的应力水平是否能给出准确的预测；另一个就是该方 法很难对纯扭的情况进行预测，因为其中最大主应力的使用是来自弹性分析的 方法。t a y l o r 利用e - s i f 法对汽车曲轴构件进行疲劳评定，通过试验证实该方 法能够成功预测弯曲一扭转载荷作用下曲轴的疲劳极限。试验表明e - s i f 法可 应用于各种复杂结构及载荷作用的构件疲劳评定，主要用于疲劳极限预测，即 疲劳寿命大于1 0 6 次以上的疲劳强度，而不是有限寿命的疲劳强度。由于利用 局部区域的整体应力场计算k 参数，e - s i f 法对局部有限元网格的密度并不敏 第一鬻绪论 感，计算表明忽略“热点”应力l m m 范围内的应力数据不会对预测结果产生明 鼹影响。这与传统豹疲劳谱定方法不嗣，由于只采嬲“热点”处的应力( 或皮 变) 数值，困黼对局部网格密度有明显依赖性。e - s i f 与n - s i f 法魄较有较大桶 似性，都是采用断裂力学的分析思路用腕力场的强殿因子表示局部疲劳断裂过 程，但e - s i p 法不依赖于烨趾角度变化，适用尖锐焊趾半径的情况。 测1 - 2 确定等效成力强度因子豹成为场比较 f i g ，1 - 2 s t r e s s f i e l d s f r o m t h e w e l d t i p ( t o p l e f t ) a n d a s u m d a r dc r a c k e d b o d y ( t o pr i g h t ) a r ec o m p a r e d t of i n da l le q u i v a l e n tk - v a l u e 第一章绪论 1 2 3 临界距离法( c d m ) 许多研究表明“，含缺口构件的疲劳强度不仅取决于缺口局部最大应力( 热 点应力) ，而且还与围绕最大应力某一距离内的整体应力水平( 即局部应力梯度) 有关。这种距离称为“临界距离”( c r i t i c a ld i s t a n c e ) 或疲劳“过程区”( p r o c e s s z o n e ) ，假设在围绕“热点应力”一定临界距离或体积内的平均应力水平是控 制疲劳行为的有效局部参量，当这种平均应力达3 , 3 界值时则发生疲劳失效。 一般为简化计算过程，通常采用距离热点应力给定“临界距离”处的应力，或 给定临界距离、面积上的平均应力值表示局部参量，这就是所谓“临界距离法” ( c r i t i c a ld i s t a n c em e t h o d ，简称c d m ) 。按计算应力的方法不同，具体包括 点( p o i n tm e t h o d p m ) 、线( l i n em e t h o d l m ) 和面( a r e am e t h o d - n d ) 法，都是 体积法( v o l u m em e t h o d v m ) 的一种简化 1 。 临界距离参数a 。的确定是应用这种方法的关键。研究表明参数a 。是依赖于 材料而变化，如高强钢a o 约为0 0 1 m m ，铸铁的a 0 可达到3 m m ，低碳钢a 。为 0 3 6 0 4 3 m m 等，具体值根据试验数据确定。p e t e r s o n 和n e u b e rc ”1 等都曾给出 估算的经验公式，t a n a k a 建议采用e 1h a d d a d 【1 8 3 等定义的用于短裂纹问题的 “虚拟裂纹”参数计算a 。即： a 0 = 叱i k 么。 2 ( 1 4 ) 这里a 。和k 。分别为给定循环特性r 的光滑( 没有缺口) 试样的疲劳极限和疲 劳门槛值。参数a 0 物理含义表示疲劳短裂纹与宏观裂纹的分界值，当实际裂纹 a a 。时为宏观裂纹其疲劳行为可用p a r i s e r d o g a n 裂纹扩展公式( 简称p a r i s 公式) 描述： ( 紊) = c 怔) ”怔 k 4 如，则认为试样 在2 x1 0 6 次循环下发生疲劳甑裂，褥如的结果在袭3 4 中给出。其中试样l 一 5 懿痖力攒繇篷r = - 0 3 ，对应豹应力溅溷予范盈愆穰篷z l 爱；= 2 5 3 。3 m p a 汹”2 ； 试样6 - 8 的应力循环比r = o 4 ，对应的应力强因子范围门槛值4 心 = 2 3 7 2 m p a m m ”2 ；9 - 1 1 的应力循环比胆o 1 ，对应的应力强因予澈围门槛值4 此 = 2 7 8 2 m p a 。l 拜珏l i “。 ( a ) ( c ) 毯 图3 - 6 不周挥接方法舱角接板焊接接头豹有跟元两格 f 瑭。3 - 6f i n i t ee l e m e n tm e s ho f c o r n e r j o i n t s 姆d i f f e r e n tm e t h o d s 第三章焊接接头疲劳评定的e st f 法 图3 - 7 角接板焊接接头的应力分布情况 f i g 3 - 7s t r e s sd i s t r i b u t i o no f c o r n e ri o i n t s d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er l m m ( a ) d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m ( c ) 图3 - 8 垂直丁最人主应力方向的路径 f i g 3 8p a t hp e r p e n d i c u l a rt 0t h e d i r e c t i o no f l o c a lm a x s t r e s s d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m ( d ) 目di蔓b司益口芒譬 重b q9暑蠹js们喾 对自童b勺。暑蚕u-高 对山qb司彗器占 第三章焊接接头疲劳评定的e - s i f 法 d i s t a n e ef r o mt h em a x s t r e s ss i t e m m ( e ) d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t e ，m m ( 曲 d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m ( i ) d i s t a n e ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m ( f ) d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m ( h ) d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m a ) 一目量b司a暑霜】s们占 芒lb司n荡 时自苣蔓奄日岫妒扫 矗k岂、耋b司u二墨协譬四e苣董b勺u警巨矾墨 时鲁苣蔓b q岛雷唧呐若 第三章焊接接头癌劳评定靛e - s i f 法 d i s t a n c ef r o mt h e 锵嚣x s t r e s ss i t er r a m 伍) 图3 - 9 带纵向立板的角烨缝焊接接头备试样的应力距离曲线 f i g 3 - 9 丑口& 9c # f 张o f v t d e x tc o m e r j o i n t s d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m 砷 d i s t a n c ef r o mt h e m a x ，s t r e s ss i t er m m 徊 d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m 釉 d i s t a n e ef r o mt h em a x s t r e s ss i t e ，m m 翁 垂姜l b qum纛善*薹 曳蛰_爱釜键薏西一氅舢lu一麓辇薪 缸飞”啪茑露kg蒜耸窖嚣薏鬟菇 *mq豁蠹=霉啦惑尊篇掣晨竹吼薹 】r，晶暮轧3廿避静一置董臻娄嘏 第j 章灯按核头疲 评定f 门卜s 法 d i s t a l i c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m ( e ) d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m ( g ) d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m ( f ) d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m ( h ) d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m md i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m 鸟&j0量言口尝iss差 、甍uk；l；舅 、鞫目g趸窘目崔is量 b司q蠢：o_皇蚤is口暑is8e 、屯勺廿咖譬：o_q盘备一昌尝is砷2罚 、&勺筋g暑j0芍a茸们口u首is2荡 第三露簿搂接头疲势详定赡e s i f 法 e 螽 a 】a f r o mt h em 舔s t r e s ss i t e ( k ) 圈3 1 0 带数向立扳的角焊缝焊接接头备试样构捌一曲线 f i g 3 - 1 0a 苌4 种蝴o f w e | d e dc o r n e r j o i n t s 糍3 - 3 带纵向敷擞的角焊缝焊接接头试样的局部参量计算缩熙 f i g 3 - 3c a l c u 建i o nr e s u l t so f l 。e 8 lp a r a m e t e r s 试样犏碍循环比局部参量预测断裂位置 r 撼m p a m m 4 1 ( a t2 x1 0 6 c y c l e s l l 4 9 0 4 7 t o eo f w e e d 25 1 5 ，3 6t o e o f w e l d 3 0 ，3 5 3 4 a 0t o e 硝w e l d 44 2 8 7 1t o eo f w e l d s4 1 9 1 6t o eo f w e l d 3 4 分析讨论 通过对淡2 - 4 中的疲势试验结果和袭3 - 2 中的预测结果的比较，可以看出 除试撵6 辨，箕毽试襻鹣预溅结莱与疲劳试验蘩暴整本一致。警4 最鹱显熹予 疲劳门槛值矗时，这说明疲劳寿命甏低于2 xl 酽次，当砰叫如疲劳寿命廒 近似为2 1 0 6 次，如试样6 疲劳寿命谶似为1 9 3 1 0 6 次，其4 彤与4 比的相 荔吨站篮蠢-圣。圆釜兽誊一窖s暑 第三章焊接接头疲劳评定的e - s i f 法 对误差为1 2 3 ，对试样1 3 、1 4 因a 6 一 1 7 ) 时，如对 t r a i n = 0 0 9 n m a ，0 1 3 n u n ，0 1 2 m m ，d k l 计算值基本一致。这表明尽管e s i f 法对网 格尺寸有一定的依赖性，但当最小单元尺寸小于焊趾半径时，这种依赖性将明 显减少。另外当焊趾半径减小时，焊趾局部的应力场更接近裂纹尖端的应力分 表3 - 4 不同焊趾半径的局部参量计算结果 t a b l e3 - 4c a l c u l a t i o nr e s u l t so f l o c a lp a r a m e t e rf o r d i f f e r e n tr a d i u so f w e l dt i p 0 0 91 72 6 5 4 2 8 0 1 50 4 50 32 6 6 6 3 0 8 50 1 83 1 2 1 9 6 筇三章焊接接头疲劳评定的e - s i f 法 d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m 图3 - 1 1 不同最小单元尺寸的肛，曲线 f i g 3 1l 昏rg u i v ew i t hd i f f e r e n tm i n e l e m e n ts i z e d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m 图3 1 2 不同最小单元尺寸的k * r r 曲线 f i g 3 - 1 2 置rc u r v ew i t hd i f f e r e n tr a i n e l e m e n ts i z e 布，说明等效应力强度因子法更适于较小缺口半径的情况。实际焊接接头存在 焊接残余应力，如何在e s i f 法中考虑焊接残余应力的影响还需做进一步研究。 由表3 3 对带纵向立板的角焊缝焊接接头的疲劳性能的预测结果可知，除 试样7 外，其他试样的预测结果与疲劳试验结果( 见表2 5 ) 均相符。对于断 裂位置的预测，是根据有限元模型的应力分布情况来确定的( 见图3 7 ) 。但 是对于一些手工焊的角接板焊接接头，其应力集中最大处并未出现在试样断裂 的下端焊趾处( 如图3 1 3 ) ，而是出现在了上端焊趾处。分析原因主要是因为 进行有限元建模时，上端焊趾处有尖角出现，而下方的焊趾由于手工焊时过渡 较圆滑，因此导致应力集中最大处上移。但最终的预测断裂位置与实际情况相 符，主要是因为疲劳断裂不仅与最大应力有关，还与应力梯度有关，而在应力 集中区中一定区域内的应力水平达到临界值时，才有可能产生疲劳断裂。以试 样8 为例，对上述情况进行说明。该试样的从两个焊趾处出发的垂直于局部最 大主应力的两条路径如图3 1 4 中所示，并将沿着路径所得的丘叮曲线在图3 1 5 中给出。虽然，焊趾上端的应力集中系数大于下端的应力集中数，但是下 端的整个应力区内的平均应力要大一些。并且，下端的等效应力强度因子范围 值4 矗r 产3 5 7 3 3 m p a n l n l “2 ，而上端的应力强度因子范围值a k r = 2 0 9 7 5m p a 唧“2 ( 由 图3 一1 6 可得) 。因此，所预测的断裂位置仍为下端焊趾处，与实际情况相符合。 、b马。咖星jo_篇州扫1sco瞢isp丑 _ z h01冀h口o_葛-iuoo口ou器。扫打 第三章焊接接头疲劳评定的e - s i f 法 图3 - 1 3 手工焊角接板焊接接头的应力分布 f i g 3 - 1 3s t r e s sd i s t r i b u t i o no f c o m e r j o i n t s 惦如笛3 03 5 加帖 d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m 图3 1 5 两条路径上的k 一曲线比较 f i g 3 - 1 5c o m p a r i s o no f k rc u r v e 5 本章小结 图3 1 4 垂直于最大主应力方向的两条路径 f i g 3 - 1 4t w op a t h sp e r p e n d i c u l a rt ot h e d i r e c t i o no fl o c a lm a x s t r e s s 01234 d i s t a n c ef r o mt h em a x s u c s ss i t er r a m 图3 1 6 不同k 。- r 曲线的对比 f i g 3 - 1 6c o n t r a s to f d i f f e r e n tk i - rc u r v c s ( 1 ) 采用等效应力强度因子法能够对1 6 m n 钢非承载角焊缝十字接头和带纵向 立板的角焊缝焊接接头的疲劳性能做出合理的评定，并能预测焊接接头的 疲劳断裂位置该方法适合于焊态焊接接头和较小焊趾半径的疲劳评定。 ( 2 ) 采用等效应力强度因子法进行焊接接头的疲劳性能评定，大致分为以下几 步：对焊接接头进行有限元建模，并进行局部应力状态的计算；确定局部 参量等效应力强度因子范围值；与等效应力强度因子范围门槛值进行比 较，给出预测结果。 ，鼍n虹目-8芑匹扫一昌u芑1s们兰荫 口j01盘=o一誊c8口8曲8扫 l 筇二章焊接棱义疲劳评定的e - sj f 法 ( 3 ) 以非承载角焊缝十字接头为例，可以看出等效应力强度因法对应力集中区 的有限元网格尺寸有一定的依赖性。对| 实际非承载角焊缝 字接头的焊趾 半径变化范围( 在0 1 5 0 8 m m 内) ，选择焊趾半径与最小单元尺寸的比值 p e 。 1 7 时，可以获得合理有效的4 丘值计算结果，当焊接接头的焊趾半 径较小( 0 1 5 m m o 4 0 m m ) 时，等效应力强度因子法更为合理。 ( 4 ) 对于带纵向立板的角焊缝焊接接头，由于模型中没有考虑焊趾半径，出现 了“最大热点“应力点上移的情况。通过对上下两处焊趾附近应力集中区 的应力分布进行分析，同样给出了合理的预测。 第因章簿援接头疲劳评是的临界疆离法( 0 粥) 第四章焊接接头疲劳评定的临界距离法( c d m ) 4 1 理论发腻 焊接接头疲劳评定的一个缀关键豹问题是狠难用一种甄精确又麓单弗适于 工渡霜款方法来确定弹缝豹凡俺尺寸。阂诧，设计久受不能完全依靠有限元及 其他数值计算方法，尽管这贱方法对于窝体构件的应力集中的评定很有效。原 则上讲，焊接接头可由有限蕊分析方法来进行分析，德实际上需要非常具体的 貘黧寒分辑溽缝瘸爨豹是邦艨力，经褥谈方法劳不逶予窦嚣载梅昝，茏其该魏 件着包括许多的焊缝。另一个问题是不能按照焊缝本来的样子精确的确定出其 几何形状。一皴参数像焊缝尺寸、形状，以及焊缝与畿属界面间的拐角半径随 蘩接头形式的不同两不同，鄹使在焊接过程中有缀好鸵控利。因此鼹要有一秘 方法可戬筒纯臻述焊缝几何必寸静过程，并可使用低密度的有限元阏格，嗣辩 可以对疲劳性能进行准确的预测。临界躐离法是近年来发展起来的种新的疲 劳评定方法。 襄1 2 3 审掰述，含簸瓣糗箨戆疲劳溅发苓莰取凌予映目局部凝大瘟力( 熟 点成力) ，而凰还与围绕最大成力某一距离内的整体应力水平( 即局部应力梯度) 有关。这种距离称为“临界躐离”( c r i t i c a ld i s t a n c e ) 溅疲劳“过程隧”( p r o c e s s z o n e ) ，假设农潮绕“热点救宠”一定爆赛距离或体积内鹣平均威力水平是控 镧疲劳行为的露效局部参爨，当这种平均应力达到簸赛筐时剐发釜疲劳失效。 本章将该种方法应用于焊态的1 6 m n 带纵向立板的角烨缝焊接接头的疲劳评定 中，并对其的邋应性及影响圆索做了讨论。 4 2 带纵向纛板的角辉缝焊接接头的c d m 评定 在c d m 中，由于所选的峪界距离不潮，褥出的局部参量也不同。按照其确 定羯部参量匏方法，吴体又霹分为熹方 蠢、线方法帮稀方法。用鬣方法确定繁 纵向立板的角焊缝焊接接头的局部参量骤繁琐一些，本章仅将点方法和线方法 威用于带纵向藏板的角焊缝焊接接头的疲劳评定中。 4 2 1 临界鼯离参数a 。的确定 第四章墀按接要疲势译定豹临界距离法( c d m ) 临界距离a n 参数是应用c d m 法的关键，p m 、l m 、a m 就是分别用距离缺 口尖端a d 2 处擞大主应力g ，、o 一2 线段上或气为半径半圆区域中a ；的乎均值 俘为疲劳控制参量。稚的含义表示缺霸尖端疲劳“邋程区”静大小，糟警予 疲劳短裂纹与宏观裂纹的分界值，当实际裂纹a a o 时为宏观裂纹，其疲劳行为可用p a r i s 裂纹扩展公式描述。 t a y l o r l ”l 建浚耀鞋下嚣个公式缝舍计算参数： a k m = f a c t 。防( d + 矿 吼= ( 1 ，石) ( 足m a 时，则认为试榉在2 x l 次循环下将发生 疲劳甄裂。 现将c d m 疲劳评定的过程归纳如下：1 ) 确定临界距离参量a o ，将1 6 m n 钢0 , = 3 9 0 5 m p a 带入式( 4 3 ) 中，可得a o = 0 5 1 5 m m ：2 ) 对烬接接头进彳予谢限 元努辑；煞对专字接头试撵建立二绫弹毪平瑟巍变有强元模鬃；薅繁缀囱焱缓 角焊缝接汰试样建立三雒有限元模趔；3 ) 从最大应力点( 焊趾端部) 沿局部最大 主应力的瓣直方向作嫩标轴r ，并确定最大主磁力o 沿坐标轴r 分布函数，即 q 茧线；4 ) 根据c d m 诗算局部癍力参量：摊为临器距离产啦= o 。2 5 7 5 m m 筵最大主藏力o = | a 钒；l m 为r = ( 0 - 2 a o ) = ( 0 一1 嘲) 线段上矗a 。的平均德( 公 式4 5 ) ； lm m a 仃村= 【”仃l d r ( 唾一5 ) 据此可得出由局部参量农示的ad p m - h 和o l m - n 曲线，当n = 2 x 1 0 6 对应的a 州 和d 。即为疲劳极限。 4 2 2 疲劳极限昀确定 由1 2 3 可知，当a k = a k 。时。在裂纹尖端一定临界距离内所确定的局部应 力靼为c d m 孛哭焉瓣疲劳援隈矗锄。对于焘方滚泉说，r = 鑫。2 = o 。2 5 7 5 m m 娥诗 算的局部成力为其采用的疲劳极限；而r = ( o 一2 a 0 ) = ( o i 0 3 r m ) j 临界距离内计算 的局部平均应力就是线方法所要确定的疲劳极限。具体确定方法为：首先对十 字焊接接头的各个试榉建立二维弹毂平面应变鸯隈元模型，对每个接头均采弱 第四牵缛接接头瘫劳评定瓣罄器距离法( e 瓣) 8 节点等参单元划分网格。其中最小的单冗尺寸为e = o 1 3 r a m 材料弹性模量 e = 2 1 0 g p a ，泊松比v = 0 2 5 ，其体的有限元阚格如图3 - 1 辑示。然菇，通过对非 承载焦海缝字焊接接头试梯酶有蔽元计舞来褥出其麟部的应力浚淼，并蔽箍 这些局部应力做出应力一距离曲线。图4 2 ( a ) 一( g ) 为c 0 。焊十字接头各试样( 试 榉1 - 7 ) 的应力一距离曲线，虚线所在位鼹为点方法的临界距离值a o 2 ，实线所 纛位置羹线方法豹蘩雾距凌魏2 a o 。由轰方法窝线方法撵窭豹c 0 2 辫- t - 字接头试 栉的局部参量谯表4 一l 中绘出，依据表中局部应力和相应的循环次数做出s - n 曲线( 见图4 - 3 ) 。根据s n 曲线确定由点方法得出的疲劳极限a a 。= 2 3 4 9 9 5 m p a ， 幽线方法褥出酌疲劳极限a o o = 2 0 4 。9 2 7 m p a 。由两种方法得出豹疲劳极限均是 程2 1 0 0 次缀繇下，应力院g = 0 1 。弼榉，在图4 4 ( a ) 一( 亩中给蹬瓣是手工浮 十字接头各试样( 试样8 - 1 4 ) 的应力一躐离曲线。虚线和实线分别给出了点方 法和线方法的临界距离位鼹。表4 - 2 所涿为手工焊十字接头试样按照点方法和 线方法褥遗戆趱蘩参量，壤撰该表褥交鹜4 - 5 戆s - n 魏线，秀交该麓线褥窭痰 势极限。结果熄由点方法褥出的疲劳极限0 0 = 2 3 3 ，9 9 3 m p a ，而由线方法得出 的疲劳极限a = 2 1 0 5 4 5 m p a 。由两种方法得出的疲劳极限均是在2 1 0 6 次循 环下，盛力魄r = 0 2 。 d i s t a n c ef r o mt h em a x s 彝e s ss i t er r a m ( a ) 靼 d i s t a n c ef r o mt h em l x g 猃s ss i t er m r n ( b ) 蒺蠢aq蕊鬟罄 瑟莲毒司美垂萎 第四章焊接接头疲蚶评定的临界距离浊( c d m ) d i s t a n c ef r o mt h em “s t r e s ss i r er m m ( c ) d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i t er m m ( d ) d i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i r er m md i s t a n c ef r o mt h em a x s t r e s ss i r er ，m m ( e ) 垂 j q 彗 踣 麦 d i s t a n c ef r o mt h em a 】【s t r e s ss i eh m m ( 由 图4 - 2 十字接头c o ：焊试样的研- r 曲线 f i g 4 - 2o j - r c u r v eo f c 0 2c r o s s w e l d e d j o i n t s 4 9 b 白苣j o q o c e s s 占 对山鬯墨oq o比口芒嚣廿扛 蛳釉锄珊蛐啪啪抛抽憾佃o 日粤h j oq岛q巴兰 目艮=、i口日目js罢 第四章焊接接头疲劳评定的临界距离法( c d m ) 表4 - 1 两种方法的c o ：十字接头试样的局部参量计算结果 t a b l e4 - lt h ec a l c u l a t i o nr e s u l t so f l o c a lp a r a m e t e rb yt w od i f f e r e n tm e t h o d s 、，l o c a ip a r a m e t e r o f p m l o c a lp a r a m e t e