焊缝材料抗疲劳断裂的可靠性计算方法
动载焊接结构设计Ⅲ(疲劳强度寿命计算)
****动载焊接结构的设计1、 焊接结构疲劳强度设计的一般原则设计过程可分为以下三个步骤：⑴ 考虑实用性，进行功能设计 根据结构未来的工作情况，合理地提出结构的承载能力、强度、刚度、耐蚀度、使用寿命等比较具体的要求。
考虑安全性，这些要求不能太低；考虑经济性，这些要求也不能过高。
⑵ 进行方案设计 根据上述要求，选择确定结构材料、结构构造形式、传动形式、自动化程度、控制方式、生产制造工艺等综合设计方案，它们互相联系，又互相制约；⑶ 进行具体的施工图设计 绘图前，进行必要的计算，以便确定结构的重要尺寸。
我们要讲的是如何合理选择动载焊接结构、焊接接头的结构形式和怎样进行必要的计算。
设计动载焊接结构必须特别强调两点：① “动载”，对应力集中非常敏感；②焊接接头属于刚性连接形式，对应力集中也比较敏感。
而且“焊接结构”难免有焊接残余应力、变形、焊接缺陷等，存在应力集中现象。
因此，设计动载焊接结构时，必须注意以下几点：⑴ 承受拉伸、弯曲、扭转的构件，截面面积变化时，尽量保持平顺、圆滑的过渡，尽量防止或减小构件截面刚度突然变化，避免造成较大的附加应力和应力集中。
⑵ 对接、角接、丁字、十字接头等，均应优先采用对接焊缝，少用角焊缝； ⑶ 单面搭接接头角焊缝的焊根、焊趾处，既有偏心弯矩的作用，又有严重的应力集中，承受疲劳载荷的能力很低，必须尽量避免采用这种接头形式；⑷ 承受疲劳载荷的角焊缝（未焊透的对焊缝，也看作角焊缝），危险点在应力集中比较严重的焊缝根部或焊趾处。
应采用如下措施：① 开坡口，加大熔深，减小焊缝根部的应力集中；② 将焊趾处加工成圆滑过渡的形状，减小焊趾的应力集中；⑸ 处于拉应力场中的焊趾、焊缝端部或其它严重的应力集中处（如裂纹），应设置缓和槽、孔，以便降低应力集中的影响。
总之，应采取一切措施，排除或减小应力集中的影响。
2、疲劳强度的许用应力设计法我国钢结构标准，原设计规范基本金属及连接的疲劳计算中，采用疲劳许用应力。
抗疲劳断裂的可靠度计算
抗疲劳断裂的可靠度计算抗疲劳断裂是指材料在交替应力下经历了一定次数的载荷后失效的现象。
抗疲劳断裂可靠度计算是衡量材料在交替应力下安全可靠使用的重要指标。
接下来，我将为大家介绍抗疲劳断裂可靠度计算的相关知识。
一、基本概念1.可靠度：指在给定时间内产品能够正常运行的概率。
可靠度可以通过多种方法计算，包括概率论、统计学方法和可靠性工程等。
2.抗疲劳断裂：在材料长期受到交替应力的作用下，到达一定次数后，就会发生疲劳断裂。
3.疲劳寿命：指材料在交替应力作用下能够承受的次数。
4.负荷历程：是指材料在使用过程中受到的不同应力大小及作用时间的历程。
二、计算方法1.应力幅值：材料在疲劳寿命范围内所承受的最大和最小应力之差。
2.Wöhler曲线法：通过实验来确定不同材料在不同应力范围下的疲劳寿命。
这种方法实验成本较高，但是效果比较准确。
3.剩余寿命法：通过时间序列来推算材料的寿命以及现有的寿命。
在材料寿命逼近结束时，将剩余寿命看作为故障发生之前的时间。
4.疲劳极限分布法：通过疲劳试验得到材料在不同应力下的寿命，然后根据寿命分布的概率分布特征，计算出材料在不同应力幅值下的失效率。
三、可靠度分析抗疲劳断裂可靠度分析是在考虑了各种因素的情况下，确定材料能够满足使用要求的概率。
这里所考虑的因素包括材料在使用过程中的应力情况、设计要求、使用环境以及假定的失效模式等。
而确定可靠度的方法主要包括试验法、统计法、均衡方程法等。
其中试验法是比较直观和可靠的方法，但是成本较高；统计法是通过统计学方法来计算可靠度，其成本较低，但是精度有限；而均衡方程法则是通过建立失效模型，来建立各种因素对可靠度的影响模型，然后计算可靠度。
综上所述，抗疲劳断裂可靠度计算是非常重要的一项工作，它可以帮助我们评估材料在设计和使用过程中的安全性，从而减少由于材料失效而导致的损失，并提高生产过程的可靠性。
材料力学之材料疲劳分析算法：断裂力学模型：实验方法与材料疲劳性能测试.Tex.header
材料力学之材料疲劳分析算法：断裂力学模型：实验方法与材料疲劳性能测试1 材料疲劳分析基础1.1 疲劳分析的基本概念疲劳分析是材料力学的一个重要分支，主要研究材料在循环载荷作用下逐渐产生损伤并最终导致断裂的过程。
材料在承受重复或周期性的应力时，即使应力远低于材料的静态强度极限，也可能发生疲劳破坏。
这一现象在工程设计中极为关键，因为许多结构件如桥梁、飞机部件、机械零件等，都可能在使用过程中遭受循环载荷。
1.1.1 原理与内容疲劳分析的基本概念包括：-应力幅：循环应力中最大应力与最小应力之差的一半。
-平均应力：循环应力中最大应力与最小应力的平均值。
-应力比：最小应力与最大应力的比值。
-循环次数：材料承受循环载荷的次数，直到发生疲劳破坏。
-疲劳强度：材料在特定循环次数下不发生疲劳破坏的最大应力。
1.2 疲劳损伤累积理论疲劳损伤累积理论是评估材料在不同载荷循环下累积损伤程度的理论。
其中，最著名的理论是Miner线性损伤累积理论，该理论认为材料的疲劳损伤是线性累积的，即每一次载荷循环对材料的总损伤贡献是相同的。
1.2.1 原理与内容Miner线性损伤累积理论的公式为：D=∑N i N fni=1其中：-D是总损伤度。
-N i是在应力水平i下的循环次数。
-N f是在应力水平i下材料的疲劳寿命。
1.2.2 示例代码假设我们有以下数据：-材料在应力水平100MPa下的疲劳寿命为10000次。
-材料在应力水平200MPa下的疲劳寿命为5000次。
-材料在应力水平300MPa下的疲劳寿命为2000次。
在实际应用中，材料可能在这些应力水平下分别承受了5000次、2000次和1000次循环。
1.3 S-N曲线与疲劳极限S-N曲线是描述材料疲劳性能的重要工具，它表示材料的应力水平与所能承受的循环次数之间的关系。
疲劳极限是指在无限次循环下材料能够承受而不发生疲劳破坏的最大应力。
1.3.1 原理与内容S-N曲线通常通过实验数据绘制，实验中材料样品在不同应力水平下进行循环加载，直到发生疲劳破坏，记录下每个应力水平下的循环次数。
汽车基于试验的焊缝疲劳寿命计算规范
汽车基于试验的焊缝疲劳寿命计算规范焊接是汽车制造中常用的连接方式之一，而焊缝的质量对汽车的安全性和可靠性具有重要影响。
焊缝的疲劳寿命计算是评估焊缝结构在长期服役过程中的耐久性能的重要方法之一、本文将介绍汽车基于试验的焊缝疲劳寿命计算规范。
一、焊缝疲劳寿命计算的背景和意义汽车在使用过程中会受到各种载荷作用，如振动、冲击等。
这些载荷会导致焊缝产生应力集中和应力历程变化，从而对焊缝的疲劳寿命产生影响。
因此，了解焊缝的疲劳寿命对于确保汽车的安全性和可靠性具有重要意义。
而基于试验的焊缝疲劳寿命计算规范为评估焊缝结构的耐久性能提供了可靠的依据。
二、焊缝疲劳寿命试验方法焊缝疲劳寿命试验是评估焊缝疲劳性能的重要手段。
试验方法一般包括静载试验和疲劳试验。
静载试验用于确定焊缝的屈服强度和抗拉强度等静力学性能；疲劳试验用于模拟实际应力载荷下焊缝的疲劳寿命。
三、焊缝疲劳寿命计算规范的制定焊缝疲劳寿命计算规范的制定需要考虑多个因素，包括焊缝材料的性能、焊接工艺的参数、试验方法的选择等。
根据相关标准和规范，制定焊缝疲劳寿命计算规范需要遵循以下步骤：1.确定焊缝疲劳寿命试验的载荷水平和频率。
这需要根据汽车在实际使用过程中受到的载荷条件进行合理估计。
2.选择焊接材料和焊接工艺，确保试验样品的焊缝质量符合要求。
3.进行疲劳试验，获得焊缝的疲劳寿命数据。
4.对试验数据进行统计分析，得到疲劳寿命的统计参数，如平均寿命、标准差等。
5.根据试验数据和相关的疲劳寿命计算方法，计算焊缝的疲劳寿命。
6.根据实际情况，对计算结果进行修正，得到最终的焊缝疲劳寿命。
四、焊缝疲劳寿命计算规范的应用焊缝疲劳寿命计算规范的应用可以帮助汽车制造商评估焊缝结构的耐久性能，从而选择合适的焊接材料和焊接工艺，提高焊缝的质量和可靠性。
同时，焊缝疲劳寿命计算规范也可以为汽车维修和改装提供指导，确保维修和改装后的焊缝结构满足要求。
综上所述，汽车基于试验的焊缝疲劳寿命计算规范是评估焊缝结构的耐久性能的重要方法，通过对焊缝进行疲劳寿命试验和计算，可以为汽车制造提供可靠的焊缝质量控制依据，提高汽车的安全性和可靠性。
焊缝疲劳强度应力
焊缝疲劳强度应力焊缝疲劳强度是指焊接结构在交变载荷下，经过多次循环荷载后产生裂纹、破坏的能力。
焊缝疲劳强度是焊接结构设计中的一个关键参数，因为在实际应用中，许多结构都会受到循环荷载的作用。
本文将深入探讨焊缝疲劳强度的概念、影响因素、评估方法以及改进措施等方面。
一、焊缝疲劳强度概述焊缝疲劳强度是指焊接结构在受到交变载荷作用时，经过多次荷载循环后产生裂纹、破坏的能力。
焊缝处于动态加载状态，交变应力会导致焊缝区域的局部应力集中，从而引发疲劳破坏。
焊缝疲劳强度的高低直接影响着结构的安全性和使用寿命。
二、焊缝疲劳强度的影响因素焊接质量：焊接质量是决定焊缝疲劳强度的关键因素之一。
焊接缺陷，如气孔、夹渣、裂纹等，会导致焊缝局部强度下降，增加疲劳敏感性。
焊接材料：焊接材料的强度和韧性对焊缝疲劳强度有显著影响。
选择合适的焊接材料，满足设计要求，能够提高焊缝的疲劳寿命。
应力水平：高应力水平会加速焊缝疲劳破坏的发生。
在高应力水平下，焊缝疲劳强度降低，导致结构更容易疲劳破坏。
加载频率：高频率的加载会引起焊缝更快的疲劳损伤。
频率较低时，结构对疲劳荷载的影响相对较小。
环境影响：环境因素，如湿度、温度、腐蚀等，也会对焊缝疲劳强度产生一定的影响。
特别是在腐蚀环境下，焊缝易受到应力腐蚀裂纹的影响，导致疲劳破坏。
三、焊缝疲劳强度的评估方法S-N曲线法：S-N曲线是疲劳寿命与应力振幅之间的关系曲线。
通过进行疲劳试验，得到不同应力水平下的循环寿命数据，然后绘制S-N 曲线。
该曲线可以用于评估不同应力水平下的疲劳性能。
极限应力法：极限应力法是通过在一定加载频率下进行疲劳试验，找到导致疲劳破坏的最小应力水平。
这种方法通常用于评估焊缝的静态疲劳极限。
裂纹扩展速率法：通过监测焊缝中裂纹的扩展速率，可以评估疲劳破坏的进展过程。
这种方法对于研究焊缝的疲劳裂纹扩展行为具有重要意义。
四、改进焊缝疲劳强度的措施提高焊接质量：通过优化焊接工艺，防止气孔、夹渣等缺陷的产生，提高焊接质量，从而提高焊缝的疲劳强度。
焊缝系数e-概述说明以及解释
焊缝系数e-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分的内容可以如下所示：引言焊接技术在工程领域中扮演着重要的角色。
焊接是将金属材料通过加热或压力连接在一起的一种常用方法，用于制造和修复多种产品和结构。
焊缝是焊接过程中形成的连接区域，其质量将直接影响焊接件的强度和耐久性。
为了描述焊缝质量的好坏，我们引入了焊缝系数e这个概念。
本文将探讨焊缝系数e的定义和计算方法，探讨其在焊接工艺中的重要性，并对相关研究进行总结。
通过深入了解焊缝系数e，我们可以更好地评估焊缝质量和焊接工艺的可靠性，确保焊接产品的安全性和可靠性。
接下来的章节将逐一介绍焊缝系数e的定义和计算方法，分析其影响因素，并对其重要性进行深入探讨。
最后，我们将对本文的主要内容进行总结，并提出进一步研究的展望。
通过本文的阅读，读者将能够了解焊缝系数e的基本概念和应用，帮助他们在焊接工艺中更好地理解和应用这一重要参数。
希望本文能够对相关研究人员以及从事焊接工作的工程师们有所启发，并对焊接技术的发展和应用做出积极贡献。
1.2文章结构1.2 文章结构本文将按照以下结构来展开讨论焊缝系数e的定义、计算方法、重要性和结论总结。
首先，在引言部分，将对焊缝系数e的背景和意义进行概述，介绍焊缝在工程中的重要性和影响因素。
同时，文章结构部分将给出整篇文章的框架和各个部分的内容安排。
其次，在正文部分的第2.1节，将详细阐述焊缝系数e的定义，包括对焊缝系数e的概念进行解释，以及焊接中与焊缝系数e相关的衡量指标和考虑因素。
进一步，通过实例说明不同情况下焊缝系数e的变化及其影响。
紧接着，在正文部分的第2.2节，将介绍焊缝系数e的计算方法。
包括从理论上推导焊缝系数e的数学模型，并详细说明如何根据焊接工艺参数和材料特性进行计算。
同时，列举实际工程中常见的焊缝系数e计算案例，并分析其计算结果。
然后，在结论部分的第3.1节，将强调焊缝系数e的重要性，指出正确计算和应用焊缝系数e对焊接工艺和焊缝质量的关键作用，并探讨其对焊接过程控制和焊缝设计的指导意义。
基于热点应力法的焊接结构疲劳评估
基于热点应力法的焊接结构疲劳评估引言焊接结构在工程和制造过程中广泛应用，但在长期使用中会面临疲劳失效的风险。
为了提高焊接结构的可靠性和安全性，进行疲劳评估是非常重要的。
基于热点应力法是一种常用的疲劳评估方法，本文将对该方法进行全面、详细、完整和深入的探讨，以期对焊接结构的疲劳评估提供有益的指导。
二级标题一三级标题一在进行焊接结构疲劳评估之前，我们需要首先了解热点应力法的基本原理。
热点应力法是一种通过考虑焊接热循环引起的残余应力和应力集中等因素，来评估焊接结构疲劳寿命的方法。
其基本思想是将焊接接头中的焊缝区域划分为若干个小区域（即热点），然后针对每一个热点进行应力分析，最终得到整个焊接接头的热点应力分布。
根据热点应力分布，可以进一步估计焊接接头在特定载荷下的疲劳寿命。
为了进行热点应力法的疲劳评估，我们需要进行以下几个步骤：1.确定焊接接头的几何形状和尺寸。
2.建立焊接接头的有限元模型，包括焊缝区域的几何形状和材料性质。
3.设置加载边界条件，包括载荷大小和加载方式。
4.运行有限元分析，计算焊接接头的应力分布。
5.根据应力分布，计算热点应力。
6.利用热点应力和疲劳标准曲线，估计焊接接头的疲劳寿命。
三级标题二热点应力法的核心是计算焊接接头的热点应力。
热点应力是指焊接接头中最大的应力值，通常出现在焊缝和母材交界处等处。
热点应力的计算可以利用有限元方法进行，其具体步骤如下：1.对焊接接头进行网格划分，将焊缝区域划分为若干个小区域。
2.在每个小区域中设置一个节点，并为每个节点指定适当的材料性质和分布载荷。
3.运行有限元分析，计算每个节点的应力分布。
4.在每个小区域中选取最大的应力值作为该区域的热点应力。
5.将所有小区域中的热点应力进行对比，得到整个焊接接头的热点应力分布。
通过以上步骤，我们可以得到焊接接头的热点应力分布，从而可以进一步评估焊接接头在不同载荷下的疲劳寿命。
二级标题二三级标题一在进行热点应力法的焊接结构疲劳评估时，还需要注意一些关键问题。
焊接结构疲劳裂纹形成与扩展寿命预测
由K1决定，因此把K1称为应力强度因子。应力强度因子K1
决定于裂 纹的形状和尺寸，也决定于应力的大小。如对无
限大平板内中心含有穿透K1=
,由此可知线弹性断
裂力学并不象传统力学那样，单纯用应力大小来描述裂 纹
尖端的应力场，而是同时考虑应力与裂纹形状及尺寸的综
合影响。
• 由公式可知，当 时
，此时裂纹尖端处的应
口根部的应变集中系数 Kt 是切口最大局部应变 与名义应变 e 之比。当切
口根部局部应力应变在弹性范围内时，理论应力集中系数 Kt 和 K ，Kt 均
相等。然而，当切口局部进入塑性状态以后，这种关系就不成立了，但是，
切口局部的塑性应变要受到周围弹性区的制约，通过有限元法的塑性理论
分析 Neuber 得出了如下关系式：
sin 2
cos 2
cos
3
2
其中张开型应力强度因子 Kt a 是描述裂纹尖端应力强度的主导参量。 对于一些其它裂纹体的应力强度因子通常可用下式表示：
Kt M a
• 由上述裂纹尖端应力场可知，如给定裂纹尖端某点的位置 时，裂纹尖端某点的应力、位移和应变完全由K1决定，如
将应力写成一般通式
• 即可更清楚地看出，裂纹尖端应力应变场的强弱程度完全
强弱程度的力学参量， 可以推断当应力增大时，K1也 逐渐增加， 当K1达到某一临界值时，带裂纹的构件就断裂了。这一临界值 便称为断裂韧性Kc或K1c。 应当注意，K1和Kc或K1c是不同的。 • K1是受外界条件影响的反映裂纹尖端 应力场强弱程度的力学 度量，它不仅随外加应力和裂纹长度的变化而变化，也和裂纹 的形状类型，以及加载方式有关，但它和材料本身的固有性能 无关。而断裂韧性 Kc和K1c则是反映材料阻止裂纹扩展的能力， 因此是材料本身的特性。Kc和K1c不 同点在于,Kc是平面应力状 态下的断裂韧性，它和板材或试样厚度有关，而当板材厚度增 加到达到平面应变状态时断裂韧性就趋于一稳定 的最低值，这 时便与板材或试样的厚度无关了，我们称为K1c，或平面应变的 断裂韧性，它才真正是一材料常数，反映了材料阻止裂纹扩展 的能力。 • 我们通常测定的材料断裂韧性，就是平面应变的断裂韧性K1c。 而建立的断裂判据也是以K1c为标准的，因为 它反映了最危险 的平面应变断裂情况。从平面应力向平面应变过渡的板材厚度 取决 于材料的强度，材料的屈服强度越高，达到平面应变状态 的板材厚度越小。
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2
( m -2 ) CM
m/ 2 [ l o
2- m 2
- l max
2- m 2
]
( 4)
此时的循环次数 n 即为零件工作的寿命 N ,故式 ( 3) 变为
N= A max
Σ
( 5)
焊缝材料的工作寿命即为焊缝不发生断裂前的应力 循环次数 n 。
收稿日期 : 2007-01-11 ) 基金项目 : 湖南省自然科学基金资助项目 (03JJY3132
疲劳断裂的可靠性计算方法 。
1 疲劳裂纹扩展
根据金属疲劳断裂理论中的裂纹扩展理论[2] , 焊缝材料从开始承受循环应力一直到疲劳破坏 , 整 个过程相当复杂 , 影响过程的因素很多 。一般把焊 缝材料的疲劳破坏分为三个阶段 : 裂纹萌生阶段 、 裂 纹扩展阶段以及瞬时断裂阶段 。裂纹萌生后 , 不断 扩展 ,其扩展速度 d l /d n 一般表示为焊缝裂纹长度
N= X A max
2 σ Σ ) ( 14) Σ2
误差为 3 X ( 标准差) ,于是有 : 标准差 = 参数误差/3 。 这样 , 我 们 可 得 到 : Σ =463777, σ Σ =4684, A max = 2.83 ×10, σ =2.77 × 10, 当要求可靠度为 0.99 A max 时 ,由标准正态分布函数表 [5] 查得分位数 X =-2. 32, 将以上数据带入式 ( 14 ) , 得循环次数为 60442 次 。此例表明 ,当本压力容器循环 60442 次 ,此压力 容器的焊缝不发生疲劳失效的可靠性为 0.99 。
m
m/ 2 [ l o
2- m 2
- l
2- m 2
]
式中 : N o , n 和 N e 分别为裂纹萌生阶段 、 裂纹扩展阶
第1期
林国湘 ,等 : 焊缝材料抗疲劳断裂的可靠性计算方法
PA max =
51
(A
max
段和整个过程的应力循环次数 ; l o 为与 N o 对应的初 始裂纹长度 ; m ≠ 2 。令
N =
∫∫
∞
∞
A max
- ∞ - ∞
e Σ・ σ σ 2π Σ max d A maxdΣ =
1
-
1 2
(A
max 2
- A max)
max
2
σA
+
(Σ - Σ)
2
σ Σ
2
2
×
( 9) ( 10)
A max
Σ
2 2
( 1+
2 σ Σ ) Σ2 2 2
1 σ N = Σ2
σ A max Σ + Σσ A max
第 28 卷 第 1 期 2008 年 1 月
焊 接 学 报
TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTION
Vol.2 9 No.1 January 2008
焊缝材料抗疲劳断裂的可靠性计算方法
林国湘 , 叶进宝 , 邱长军
( 南华大学 机械工程学院 , 湖南 衡阳 421001)
( N ) 。下面先求 N 的分布密度 , 对分布率密度积
σ 2 Σ
2
( 6)
式中 :Σ 是Σ 的平均值 ;σ Σ 是Σ 的标准差 。 极限裂纹效应参数 A max可由实测得到 , 即对于 在一定工作条件下的焊缝 , 可从实际工作中疲劳断 裂的样品测得 l max , 再由式 ( 4) 算得 A max ; 大多数情 况下 ,可应用断裂力学中线弹性判据 K1 ≤K1 C ,可得 一定循环应力下的焊缝极限裂纹尺寸 l max , 再由式 (4) 算得 A max , 上式中 K1 C 为临界应力强度因子 , 可 在手册中查得 ,也可通过测试得到[3] 。 对于同一种焊缝 ,在同样的场合使用 , A max的值 将不会完全相同 , A max 的影响因素主要有 : 应力集 中、 焊缝材料的表面状况 、 焊缝的尺寸大小及内部原 [4] 始微裂纹等 。所以 A max是一个随机变量 , 它服从 一定的分布 。由试验数据和经验 , 可知正态分布对
[1] ProvanJW. 概率断裂力学和可靠性 [M]. 北京 : 航空工业出版
Σ 和 A max的分布 2
由于外载荷变化 、 材料性质及零件的制造误差 等原因 , 实际作用到焊缝上的应力是变化的[4] , 即 ΔS 是一个随机变量 ,故 Σ 也是随机变量 ,它服从正 态分布 ,其密度函数可表为 2 P eΣ= σ 2π Σ
(Σ - Σ)
2
图1 疲劳断裂一般过程 Fig11 Generalprocessforfatiguefracture
x= ( N - N)
则 Q = Φ2 -0 . 21 2 (Δ / Q =3 . 55 。将式 ( 4 ) 中 S/ S s ) =1 . 07 , M =1 . 21π 右边各变量的均值和参数误差带入可得 A max =2.83 × 10 ± 8.3 × 10 正态分布有个重要特性 , 即数据偏离三倍标准 ) , 故可近似认为 , 参数 差的可能性很小 ( 概率为 3 ‰
l、 循环应力 S 以及材料常数 C 的函数 , 在工程上广
泛应用的表达式为
m ( 1) d l /d n = C (ΔK) m = C (Δ S Ml ) 式中 :ΔS = S max - S min , ( S max : 最大应力 , S min : 最小
应力) 叫应力幅 ; M 为几何因子 , 因裂纹形式而异 , 当裂纹为表面浅裂纹时 , M =1 . 21π/ Q , 其中 Q 为 2 修正因子 , Q = Φ2 -0 . 212 (Δ S / S s ) , Φ 为椭圆积分 , 为焊缝材料的屈服强度 , 当裂纹长度和深度之比 l/ a 以及 Δ S / S s 为已知时 , 可在断裂书中查到 Q 值 ; ΔK = Δ S
A=
2
( m -2 ) CM
m/ 2 [ l o
2- m 2
- l
2- m 2
e σ A max 2π
2
- A max)
2
2
σ 2 max
( 7)
]
式中 : A max是 A max的均值 ,σ A max是 A max的标准差 。
( 2)
Σ = (Δ S) 则上式变为
n= A
m
3 疲劳断裂的一般过程及可靠度函数
求得均值和标准差后 , 对式 ( 8) 积分 , 可得失效率 F
52
( N) 为 F ( N) =
焊 接 学 报
0.5/2 =0.25 。查 得 Φ =1.07,
第 29 卷
∫f ( N ) d ( N) = ∫ = σ
- ∞ - ∞
N
∞
1
N
2π
e-
( N - N)
2
σN 2
2
dN
令分位数
Ml , 叫应力强度因子幅 ; C , m 是与材料
有关的常数 [3] 。将式 ( 1) 写成如下的形式 : dl dn = m m/ 2 m/ 2 ( Δ ) C S M l 两边积分 :
∫ ∫ C (Δ S)
No
Ne
l
dn =
dl
m
lo
M
m/ 2 m/ 2
l
得
n = Ne - N o =
2
( m -2 ) C (Δ S) M
A max较为合适 。故 A max的分布密度函数可写为
分 ,便可得到焊缝材料的失效率 。 设 A max和 Σ 为相互独立的随机变量 ,则联合概 率密度可表示为
p ( N ) = p ( A max) p (Σ) =
2
σ N
2π
e-
( N - N)
2
σN 2
ห้องสมุดไป่ตู้
2
( 8)
式中 : N 是 N 的平均值 ;σ N 是 N 的标准差 。由求均 值和标准差的公式 ,可得
5 结 论
根据金属疲劳断裂理论中的裂纹扩展理论 , 以 疲劳断裂前裂纹长度为输出参数 , 利用可靠性技术 中的漂移设计原理 , 对焊缝材料抗疲劳断裂的可靠 性计算方法进行了探讨 。此计算方法可应用在高压 容器 、 飞机构件 、 船身以及机器中的重载构件等结构 中焊缝的抗断裂的可靠性设计中 。 参考文献 :
林国湘
0 序 言
据统计资料 , 在高压容器 、 飞机构件 、 船身以及 机器中的重载构件等结构中应用的高强度焊缝材 料 ,经常发生低应力脆断现象[1] , 造成故障和事故 。 这是因为焊缝结构中 , 熔化的焊缝材料冷却时要收 缩 ,使焊缝内部产生残余应力 ,以至产生内部原始微 裂纹 。当构件在外载荷作用下工作时 , 高强度材料 焊缝的裂纹就会逐渐扩展 ,直至最后断裂 。所以 ,构 件焊缝设计的一个重要任务 , 就是在设计阶段和使 用阶段预测出构件焊缝的工作寿命及其可靠性 。焊 缝材料的疲劳断裂是在循环变应力作用下 , 在焊缝 材料的应力最高 、 强度最弱的区域产生裂纹源 ,然后 不断扩展 ,最终产生断裂 [2] 。焊缝材料疲劳断裂的 过程 ,就是裂纹从无到有 、 从小到大的过程 , 因此可 以用裂纹尺寸来衡量焊缝材料疲劳断裂的程度 。 可靠性分析是以概率统计为基础 , 把设计参量 视作随机变量 ,以确定在规定条件下和规定时间内 不失效的概率 。焊缝材料抗疲劳断裂可靠性分析的 目的 ,是要计算在一定载荷作用下 ,焊缝材料在给定 可靠度下的循环次数 , 或在一定循环次数下焊缝材 料不发生破坏的概率 。对焊缝材料抗疲劳断裂的研 究目前仍处于探索阶段 , 因此我们根据金属疲劳断 裂理论中较成熟的裂纹扩展理论 ,引入 “极限疲劳效 Σ 应参数 Amax” 和 “应力效应参数 ” 等概念 , 运用可 靠性技术中漂移设计原理 , 对焊缝材料抗疲劳断裂 的可靠性进行了研究 , 研究了一种新的焊缝材料抗