机械工程学报

作者：王苹, 裴宪军, 钱宏亮, DONG Pingsha

单位：1. 哈尔滨工业大学(威海)海洋工程学院 威海 264209;2. 密执安大学工学院 安娜堡 48109 美国

关键词：焊接结构,抗疲劳设计,MasterS/E-N曲线,结构应力/应变法；

基金：国家高速列车技术创新中心研发计划资助项目（CXKY-02-02（2020））。

与传统金属材料/小尺寸疲劳试样不同，焊接结构具有其独特的疲劳特性：裂纹萌生周期短、疲劳寿命主要消耗在裂纹扩展阶段、焊接结构疲劳具有尺寸效应，这些因素导致了动载荷应力幅值为焊接结构疲劳失效的第一驱动力。基于有限元分析的无网格敏感性结构应力法，可有效描述焊接接头位置的动载荷应力。该方法结合国际疲劳设计标准中S-N曲线族与裂纹扩展速率关系，提出一条能够统一描述不同几何形式、不同板厚接头疲劳行为的Master S-N曲线。该方法在2003年SAE“Fatigue Challenge”焊接结构疲劳预测挑战中获得最准确的结果，并已纳入ASME FFS-1标准等国际标准。结构应变方法则是在结构应力方法基础上提出，可以进一步统一描述不同材料焊接构件的高/低周疲劳性能的疲劳评估方法。该方法采用Master E-N曲线将高周疲劳与低周疲劳分析方法统一。目前此方法已经应用于轨道交通、正交异性桥、重型装备等大型复杂焊接结构的疲劳设计与服役寿命预测中，可量化分析焊接变形、焊缝尺寸、熔透率等因素的影响，实现针对复杂焊接结构/接头的抗疲劳设计。

来源：2021年第16期

《机械工程学报》期刊编辑部

查看机械工程学报杂志2021年第16期