一. Verity焊縫疲勞分析的必要性

焊接連接是工業(yè)領(lǐng)域上非常常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)連接方式，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有非常重要的地位，因此焊接的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度都非常重要。一般情況下，平板焊接鋼結(jié)構(gòu)焊縫的屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度都不低于其母材，但是焊縫的疲勞強(qiáng)度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于母材的疲勞強(qiáng)度，焊縫失效的主要形式為疲勞，所以焊縫疲勞強(qiáng)度分析十分必要。焊縫的抗疲勞性能很大程度上取決于焊縫的宏觀和微觀幾何形狀，影響焊縫疲勞強(qiáng)度得因素很多，比如動(dòng)態(tài)應(yīng)力，平均應(yīng)力，焊接殘余應(yīng)力等。

傳統(tǒng)的焊接疲勞分析方法是通過(guò)有限元分析軟件來(lái)計(jì)算焊縫處的應(yīng)力，然后根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)的不同類(lèi)型定義應(yīng)力壽命S-N曲線來(lái)計(jì)算焊縫的疲勞壽命。一般來(lái)說(shuō)，有限元網(wǎng)格的大小直接影響仿真分析的結(jié)構(gòu)應(yīng)力結(jié)果，特別在應(yīng)力集中位置（焊接位置通常有應(yīng)力集中），其影響更大，因此傳統(tǒng)焊接疲勞分析方法無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)焊縫處的疲勞壽命。

2006年最新版本的Fe-safe引入了一個(gè)全新的“Verity”模塊，可以很好地解決上述問(wèn)題。該模塊的核心技術(shù)來(lái)源于美國(guó)著名的科技研發(fā)公司Battelle的JIP（Joint Industry Project）項(xiàng)目研究成果，該研究成果“Mesh-insensitive Structural Stress Method”是在通用有限元分析程序計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上，針對(duì)板殼、實(shí)體等結(jié)構(gòu)連接形式，專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)計(jì)算等效Structural Stress的程序，使得最后的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果不具有網(wǎng)格敏感性，即在不同網(wǎng)格尺寸下都能獲得精確一致的疲勞仿真結(jié)果。

二. Verity焊縫分析介紹

Verity的等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力法是一種新型焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測(cè)技術(shù), 可廣泛應(yīng)用于不同工業(yè)領(lǐng)域的各類(lèi)形式焊接承載部件的焊趾疲勞分析, 如壓力容器、管道、海上平臺(tái)、船舶、地面車(chē)輛等結(jié)構(gòu)的管件及平板焊接接頭。該方法主要基于以下2項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):

1.
考慮焊趾部位的結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中效應(yīng), 應(yīng)用改進(jìn)線性化法或節(jié)點(diǎn)力法分析其結(jié)構(gòu)應(yīng)力(即熱點(diǎn)應(yīng)力) , 確保計(jì)算結(jié)果對(duì)有限單元類(lèi)型、網(wǎng)格形狀及尺寸均不敏感, 從而有效區(qū)分不同接頭類(lèi)型的焊趾結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中情形。

2.
以結(jié)構(gòu)應(yīng)力為控制參數(shù)計(jì)算應(yīng)力強(qiáng)度因子, 在主要考慮焊趾缺口、結(jié)構(gòu)板厚、載荷模式等因素影響的基礎(chǔ)上, 基于斷裂力學(xué)分析確定與疲勞壽命直接相關(guān)的應(yīng)力參數(shù), 導(dǎo)出等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力轉(zhuǎn)化方程。

3.
將其應(yīng)用于處理疲勞試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù), 構(gòu)建出單一通用的疲勞設(shè)計(jì)主S —N曲線, 從而基于等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力并結(jié)合該主S —N 曲線進(jìn)行焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度評(píng)定及壽命預(yù)測(cè)。

2.1 等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力定義

在焊趾缺口附近沿板厚方向的應(yīng)力分布通常是非線性的, 焊趾部位垂直于豎向假設(shè)裂紋面的實(shí)際正應(yīng)力分布如圖1 所示。按平衡等效條件, 該實(shí)際缺口的正應(yīng)力可分解為沿板厚 t 分布的膜正應(yīng)力σm 、彎曲正應(yīng)力σb 和非線性正應(yīng)力峰值σp , 結(jié)構(gòu)應(yīng)力即定義為焊趾表面膜正應(yīng)力和彎曲正應(yīng)力之和。若已知板厚t 方向的正應(yīng)力分布函數(shù)σ(x) , 則結(jié)構(gòu)應(yīng)力σs 可通過(guò)常規(guī)的線性化法按下式確定：

Fe-safe Verity焊縫疲勞分析簡(jiǎn)介.pdf