焊接残余应力对对接接头疲劳裂纹扩展的影响

作者：顾颖^*; 冯倩; 任松波; 孔超; 古松

来源：铁道科学与工程学报, 2021, 18(10): 2752-2760.

DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20201071

• 焊接残余应力
• 疲劳裂纹扩展
• 热弹塑性有限元法
• 线弹性断裂力学
• NASGRO方程

为提供一种考虑焊接残余应力重分布效应的疲劳裂纹扩展数值模拟方法,并以此研究焊接残余应力对对接接头疲劳裂纹扩展的影响,采用热弹塑性有限元法计算焊接残余应力,再基于计算机图形学与等参元逆变换提出应力映射技术,并借助该技术将计算的应力映射到疲劳裂纹扩展分析模型。采用NASGRO方程,考虑焊接残余应力的重分布效应,研究焊接残余应力对疲劳寿命的影响。研究结果表明:1)即使是很小的焊接残余拉应力也可能对材料疲劳寿命造成显著的降低。相反,很小的焊接残余压应力也可能显著地提高材料的疲劳寿命,本算例不到10%材料屈服强度的焊接残余拉/压应力,将疲劳寿命降低了/提高了25%/75%以上;2)焊接残余拉应力对疲劳寿命的影响随着应力的增大而增大,但增大的比例随着应力值的增大而显著减小;3)残余压应力对疲劳寿命的影响程度要比同值的拉应力影响大。此外,根据研究结果还给出了一些降低焊接残余应力不利影响及提高材料疲劳性能的工程建议。

• 单位
  土木工程与建筑学院; 西南科技大学