基于场强法的焊接接头疲劳寿命预测及机匣寿命研究

论文摘要

本文针对含有复杂焊缝分布的焊接机匣的疲劳寿命评估问题展开研究。论文对焊接接头疲劳评定研究的重要方法—“局部法”作了简要的回顾和讨论,对不同的局部方法的基本原理、分析步骤及影响因素进行了探讨并对不同局部参量的局限性和缺陷进行了评述。在此基础上,论文的研究工作主要围绕焊接接头疲劳评价的局部法、焊接接头疲劳评定的应力场强法研究和某模型机匣的寿命预测等方面展开。考虑到焊接接头往往存在较大应力集中的特点,本文引入了新的疲劳参量—应力场强来评估焊接接头疲劳寿命。论文对确定场径—这一场强计算中的重要参数的影响因素进行了探讨。针对模型平板试件,采用不同权函数,通过计算和试验相结合的办法确定了对接焊接头的场径。论文对场强法在复杂焊接结构件疲劳寿命估算应用中所面临的问题进行了分析,对高应力梯度和高应变梯度区域采用了不同的权函数,给出了较为合理的场强计算方法,给出了用应力场强法估算焊接接头疲劳寿命的基本框架和分析计算步骤,并利用ANSYS软件提供的APDL语言编制了求解应力场强的程序。论文最后以某模型焊接机匣为例,对其进行了弹塑性有限元分析,并以此为基础,采用场强法对其进行疲劳寿命估算。将基于场强法的模型焊接机匣疲劳寿命估算结果和基于局部应力应变法的预测结果以及试验结果进行比较表明:应力场强法在预估焊接接头疲劳寿命时,可以获得较好的预测精度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 工程背景
• 1.2 焊接接头疲劳问题
• 1.3 机匣疲劳寿命预测
• 1.4 场强法
• 1.5 本文主要工作
• 第二章 焊接接头疲劳评价的局部法
• 2.1 局部应力—应变法
• 2.2 临界距离法
• 2.3 平均应力法
• 2.4 体积法
• 2.5 断裂力学法
• 2.5.1 Paris 方法
• 2.5.2 等效应力强度因子法
• 2.5.3 缺口应力强度因子法
• 2.6 小结
• 第三章 焊接接头疲劳评定的应力场强法研究
• 3.1 场强法的提出
• 3.2 场强法理论及其在焊接接头疲劳评估中的应用
• 3.2.1 场强法的基本理论
• 3.2.2 场强法与其它方法的比较
• 3.2.3 场强法评估焊接头疲劳的步骤
• 3.3 场径与应力集中系数及权函数间关系研究
• 3.3.1 场径的确定
• 3.3.2 场径与应力集中系数的关系研究
• 3.3.3 场径与权函数的关系研究
• 3.4 复杂结构场强求解中的若干问题研究
• 3.4.1 场强和权函数的表达形式问题
• 3.4.2 有限元网格细化问题
• 3.4.3 应力应变场的精细求解
• 3.4.4 场强的求解过程
• 3.5 场径算例分析
• 3.5.1 模型平板
• 3.5.2 模型平板有限元分析
• 3.5.3 应力场强计算及场径确定
• 3.6 小结
• 第四章 某模型机匣的疲劳寿命计算及与试验比较
• 4.1 某发动机燃烧室外套概述
• 4.2 某发动机燃烧室模型机匣
• 4.2.1 模型机匣
• 4.2.2 材料特性
• 4.3 模型机匣有限元建模
• 4.3.1 体壳单元连接问题
• 4.3.2 有限元离散模型
• 4.3.3 载荷和载荷的施加
• 4.4 模型机匣弹塑性计算
• 4.4.1 单一载荷加载下的应力应变分析
• 4.4.2 综合加载下的应力应变分析
• 4.4.3 应力场强计算
• 4.5 模型机匣寿命预测
• 4.6 小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录Ⅰ
• 附录Ⅱ