焊接疲勞
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焊接疲勞的視頻教程
nCode疲勞計算焊接案例介紹
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CFRP前沿成果和CAE在土木工程案例
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焊接疲勞的實例教程
焊接結構疲勞強度理論-電子教程（9份）
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展開 焊接結構抗疲勞設計過程中的認識誤區
從結構制造特點的角度看，由于焊接結構具有連接性好、重量輕、易于加工、便于采用自動化生產等優點，在長期承受靜態或動態載荷的復雜裝備領域得到廣泛應用，特別是焊接工藝技術的不斷推陳出新，更是顯著地提升了焊接結構在這些產品中的應用地位。但是焊接結構還有不足的一面，即：承受動載荷的焊接接頭，由于其幾何不連續性而導致應力集中，因而焊接結構成了產品結構可靠性的薄弱環節之一。
面對焊接結構疲勞失效的問題，多少年來包括軌道車輛在內的各個制造行業一直在努力治理，并取得了一定進展，確保了焊接結構的服役安全，但目前依然存在一些認識上的誤區，如果我們能夠從這些這些認識誤區中盡快地走出來，效果將可能更加顯著。
誤區一：將金屬材料抗疲勞強度設計的理論與方法不加區分地用于焊接結構
該認識誤區是理論層面的。以原鐵道部1996年頒布的《鐵道車輛強度設計及試驗鑒定規范》(TB/T 1335—1996)標準為例，在這個標準的“車輛主要零部件疲勞強度評估方法”一節中，首先指出：“本方法是鐵道車輛主要承載零部件或構件的疲勞分析指南，適用于各型鐵道車輛主要承載零部件的疲勞評估”，可見該標準的內容并不區分被評估的對象是否為焊接結構。在該書的后面也將提到，焊接結構抗疲勞設計的理論與方法與金屬材料疲勞強度設計的理論與方法的不同，其原因是它們的疲勞破壞機理是有明顯區別的，因此二者不可互相替代。在定義疲勞壽命時，該標準認為疲勞壽命是“構件疲勞裂紋萌生壽命與裂紋擴展壽命之和”，然而在焊接結構的疲勞開裂過程中裂紋萌生對疲勞壽命的貢獻是可以忽略的。
展開 焊接結構疲勞失效的原因主要有以下幾個方面：①客觀上講，焊接接頭的靜載承受能力一般并不低于母材；而承受交變動載荷時，其承受能力卻遠低于母材，而且與焊接接頭類型和焊接結構形式有密切的關系。這是引起一些結構因焊接接頭的疲勞而過早失效的一個主要的因素；②早期的焊接結構設計以靜載強度設計為主，沒有考慮抗疲勞設計，或者是焊接結構疲勞設計規范并不完善，以至于出現了許多現在看來設計不合理的焊接接頭；③工程設計技術人員對焊接結構抗疲勞性能的特點了解不夠，所設計的焊接結構往往照搬其它金屬結構的疲勞設計準則與結構形式；④焊接結構日益廣泛，而在設計和制造過程中人為盲目追求結構的低成本、輕量化，導致焊接結構的設計載荷越來越大；⑤焊接結構有往高速重載方向發展的趨勢，對焊接結構承受動載能力的要求越來越高，而對焊接結構疲勞強度方面的科研水平相對滯后。
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1 焊接疲勞背景
焊接連接是工業領域上非常常見的結構連接形式，在結構設計中具有十分重要的地位。焊接接頭通常幾何特征非常復雜、含缺陷（如夾雜）、存在殘余應力、存在熱影響區等，這使得焊接接頭處存在高度應力集中，應力在尖銳缺口處奇異，因此傳統的應力疲勞分析無法應用于焊縫疲勞分析。
常用的焊縫疲勞分析主要有如下四類方法：1）名義應力法，2）熱點應力法，3）峰值應力法，4）結構應力法。其中結構應力法關于有限元網格的不敏感性，在工程應用上具有獨特的優勢。該方法的核心是將節點力及力矩轉換成沿著焊趾的線力及線力矩，繼而分解出焊趾位置表面膜應力和彎曲應力，基于彎曲應力比插值焊縫S-N曲線，獲得相應的疲勞結果。
2 焊接疲勞分析案例
通常焊接結構疲勞分析有兩種有限元建模方式：殼建模和實體建模。其中殼建模網格數量少，計算規模小，在工程上得到了大量應用。
接下來，我們通過一個案例具體了解焊縫疲勞的仿真過程。案例采用殼單元對某箱梁圓管焊接組合件進行建模，結合Ansys Mechanical及Ansys nCode DesignLife軟件，采用殼單元結構應力法，對焊縫進行疲勞評估。并且利用Ansys nCode DesignLife高級功能，同時評估母材的應力疲勞。
2.1 靜力學分析
某箱梁圓管焊接組合件見圖1，箱梁翼緣和腹板、箱梁和圓管焊縫連接處均采用外側單邊角焊縫。焊縫高度均為5mm。
展開 該壽命曲線由實驗確定，如果需要預測更長的壽命的話可以通過插值實現，裂紋的生成只是焊接疲勞壽命的很小一部分，因為大多數包含裂紋的焊點結構在制作過程中就已經生成了裂縫，所以結構壽命一般取決于這些裂紋的發展情況，這些缺陷一般都很小，在低周的荷載作用下也不會受到影響。而高周載荷作用下這些缺陷可能會擴展。
如果工作載荷都低于107循環所對應的載荷（耐久極限），我們認為該載荷不會對結構構成損傷。
操作：在Algorithm中的Fatigue from FEA選項選擇BS5400 Weld Life（CP），
用戶需要自定義焊點類型，該類型將決定用于分析的S-N曲線的類型，該類型標注在圖1中S-N曲線的右邊。因此，用戶需要對BS5400和BS7608規范足夠熟悉。
可以在不同的單元組上定義不同的焊接類型。
此外，用戶需要選擇設計標準，此參數用于定義失效的可能性，依據低于平均應力的標準差，其對應關系如下圖所示
注意事項：
1. 該方法在應用于焊接疲勞分析的時候已經考慮了應力集中效應，這意味著在焊點處可能出現遠低于正常值得疲勞壽命，焊接結構沒必要進行細節建模。
2. 在BS5400規范里，建議采用垂直于幾何面±45的臨界平面計算壽命。但在fe-safe中，采用所有的臨界平面作為計算平面（每15°一個平面）
3. BS5400方法自動采用主應力進行計算，沒有平均應力修正，如果焊點沒有包含焊點類別，用戶需要在材料庫中插入一個近似的S-N曲線，并且選擇主應力分析方法，這種情況下，平均應力修正可以使用。
fe-safe的BS5400焊縫疲勞.pdf
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舉例來說，SDC Verifier中的標準檢查包括以下內容：
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上述流程可用于焊接結構的剛度、強度、動力學等各類結構仿真分析，進一步也可以結合海克斯康疲勞仿真分析工具CAEfatigue進行后續的焊接結構疲勞分析：在CAEfatigue中，可以將MSC Nastran中的殘余應力設置為靜態應力偏置，從而在疲勞壽命評估時考慮焊接殘余應力的影響，以獲得產品更為準確的疲勞壽命分析結果。
這些更新的斜率進一步符合 ASME 第 VIII 部分第 2 部分第 5 部分焊接疲勞曲線以及世界各地使用的大多數其他焊接疲勞曲線。
? 半導體封裝的焊接疲勞（熱循環、振動）。
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焊接疲勞分析實例
(in Chinese)
［12］王向明,劉文珽,王忠波.鈦合金焊接件疲勞特性評估的當量KT法[J].北京航空航天大學學報,2002,28(1):102-104.
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解讀結果
PoF可靠性汽車案例研究：熱循環焊接疲勞
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2 焊接疲勞分析案例
通常焊接結構疲勞分析有兩種有限元建模方式：殼建模和實體建模。其中殼建模網格數量少，計算規模小，在工程上得到了大量應用。
接下來，我們通過一個案例具體了解焊縫疲勞的仿真過程。案例采用殼單元對某箱梁圓管焊接組合件進行建模，結合Ansys Mechanical及Ansys nCode DesignLife軟件，采用殼單元結構應力法，對焊縫進行疲勞評估。
