基于等效应力强度因子的环焊接头疲劳特性研究

作     者：林雯静 鲁连涛 LIN Wenjing;LU Liantao

作者机构：西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610000 

出 版 物：《焊接》 (Welding & Joining)

年 卷 期：2025年第1期

页      面：46-53,63页

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主　　题：不锈钢环焊接头 断裂力学法 应力强度因子 疲劳强度 

摘      要：【目的】对环焊接头进行抗疲劳设计时,需测得不同几何参数环焊接头的疲劳寿命,浪费大量时间和人力成本。【方法】文中针对几何参数不同的不锈钢环焊试件进行剪切疲劳试验,测得疲劳载荷−寿命(ΔF_(a)-N)数据。基于断裂力学法分析环焊接头疲劳特性,以复合型断裂模式下的等效应力强度因子作为疲劳强度评估参量,分别基于解析法和有限元法计算得到与环焊几何参数无关的Δk_(eq)-N_(f)曲线,并在此基础上研究了相同载荷下板厚搭配和孔径对环焊接头疲劳强度的影响。【结果】通过解析法拟合曲线的拟合优度r为0.873,而有限元法拟合曲线的拟合优度r为0.940。【结论】计算结果表明,解析法计算虽然简便高效,但无法考虑试件上下板厚不同的情况;有限元法比解析法更具有通用性,能够得到归一化效果更好的Δk_(eq)-N_(f)曲线;在相同的载荷条件下,Δk_(eq)随板厚比和孔径的增大而减小,因此疲劳强度则随板厚比和孔径的增大而增大,以等效应力强度因子作为疲劳强度评估参量能够为环焊接头结构优化设计提供参考。