焊接疲勞的案例
焊接結構疲勞強度理論-電子教程
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
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
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。
展開 焊接結構疲勞分析案例解析
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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 
BS5400和BS7608方法分析焊接疲勞
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
展開 焊接結構疲勞強度理論
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焊接結構疲勞強度理論
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焊接結構疲勞分析案例解析
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。
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。
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 基于SiPESC平臺焊接結構疲勞強度分析——應力篇
焊接結構疲勞強度分析方法
名義應力法
對焊接接頭進行分級歸類，嚴格限定加載模式。但是，當遇到焊縫形狀復雜或受力復雜的焊接構件時，則很難選擇恰當的Ｓ-Ｎ曲線數據。
結構應力法（本文主要分析方法）
基于斷裂力學理論和大量焊接試驗數據。通過對上千個焊接接頭疲勞試驗數據進行統計分析發現：如果以等效結構應力變化范圍與疲勞壽命來繪制Ｓ-Ｎ曲線，所有疲勞試驗數據將落在一個窄帶中，近似于一條主Ｓ-Ｎ曲線，從而實現以一條主Ｓ-Ｎ曲線來評估焊接結構的疲勞壽命。 這種方法可以較為精確地計算出空間任意走向的焊縫疲勞壽命，而且對網格不敏感，因此，該方法在大批專家嚴格論證后在2007年被納入ASME BPVC VIII-2的標準里。
展開 基于Battlle結構應力法的Fe-safe(Verity)焊接結構疲勞評估案例 ￥350
這是Battlle結構應力法Fe-safe(Verity)焊接結構疲勞評估的一個成功案例，附件中有理論基礎資料、國內外相關論文、從ABAQUS計算動態應力導入Fe-safe的方法。更多資料可討論交流分享。
Battlle結構應力法Fe-safe(Verity)疲勞評估案例.jpg
改進結構焊縫疲勞壽命計算結果.jpg
資料概覽.jpg
GBT 2656-81 焊縫金屬和焊接接頭的疲勞試驗法
GB 2656-81 焊縫金屬和焊接接頭的疲勞試驗法.pdf<br/><br/><b>附件地址：</b><a href="http://download.caenet.cn/ShowInfoDetail.aspx?ID=5745" target="_blank"><b>http://download.caenet.cn/ShowInfoDetail.aspx?ID=5745</b></a>
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fe_weld
FE-WELD 軟件是在有限元分析基礎上，基于最新的網格不敏感結構應力法原理，進行焊接結構疲勞壽命仿真分析的專用軟件。網格不敏感結構應力法是美國新奧爾良大學Pingsha Dong教授，歷經多年的深入研究及大量的焊接試驗，發明的一種可以相對準確計算焊縫疲勞壽命的最新方法。該方法采用網格不敏感結構應力MSS計算方法（Mesh-insensitive Structural Stress Method）及一條主S-N曲線（Master S-N）預測焊接疲勞強度，解決了應力大小對有限元網格尺寸的敏感性及多種焊接接頭S-N曲線選擇困難兩項技術難題，從而減小了分析誤差，提高了預測精度。Pingsha Dong教授還提出了控制焊接接頭疲勞壽命一些最重要的因素，這些因素包括應力集中、接頭類型、載荷模式以及其他一些因素等。他的研究成果獲得了科研人員和工業界的普遍認可，被認為是目前可靠評估焊接部件疲勞壽命的最優方法，在2006年被美國R&D雜志評為百大發明之一，在2007年美國ASME標準中采用了該計算方法，并被業界稱為焊接技術的一次革命。
展開 『轉貼』nSoft疲勞分析理論與應用實例指導教程（附光盤）
目錄
前言
第1章 緒論
1.1 疲勞的基本概念
1.2 疲勞設計方法
1.3 疲勞分析的基本步驟
第2章 nSft疲勞分析軟件介紹
2.1 nSft軟件簡介
2.2 系統模塊介紹
2.3 nSoft軟件的安裝
2.4 nSoft軟件的使用
第3章 疲勞載荷譜的統計處理
3.1 疲勞載荷譜的統計處理理論基礎
3.2 數據的導入與顯示實例
3.3 異常峰值的檢查與剔除實例
3.4 數字濾波去除電壓干擾信號實例
3.5 疲勞載荷數據交互式編輯實例
3.6 疲勞截荷計數處理實例
3.7 疲勞載荷譜按里程外推實例
3.8 疲勞載荷譜按分位點外推實例
3.9 疲勞載荷譜的疊加實例
第4章 應力疲勞分析
4.1 應力疲勞分析理論
4.2 載荷譜塊的創建與疲勞壽命計算實例
4.3 冷卻風扇葉片應力疲勞分析實例
4.4 基于有限元的支架應力疲勞分析實例
4.5 高溫下活塞的應力疲勞分析實例
第5章 應變疲勞分析
5.1 應變疲勞理論
5.2 冷卻風扇的應變疲勞分析實例
5.3 支架有限元應變疲勞分析實例
5.4 多載荷應變疲勞分析實例
第6章 多軸疲勞分析
6.1 多軸疲勞理論基礎
6.2 多軸疲勞評價實例
6.3 階梯軸的多軸應變疲勞分析實例
6.4 多軸應力疲勞下的安全系數分析實例
6.5 多工況多軸應力疲勞分析實例
第7章 焊接疲勞分析
7.1 焊接疲勞理論基礎
7.2 焊點疲勞分析實例
7.3 焊縫疲勞分析實例
第8章 振動疲勞理論
8.1 振動疲勞理論基礎
8.2 振動疲勞分析實例
展開 Fe-safe Verity焊縫疲勞分析簡介
Verity焊縫疲勞分析的必要性
焊接連接是工業領域上非常常見的結構連接方式，在結構設計中具有非常重要的地位，因此焊接的結構強度和疲勞強度都非常重要。一般情況下，平板焊接鋼結構焊縫的屈服強度和抗拉強度都不低于其母材，但是焊縫的疲勞強度卻遠遠低于母材的疲勞強度，焊縫失效的主要形式為疲勞，所以焊縫疲勞強度分析十分必要。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，影響焊縫疲勞強度得因素很多，比如動態應力，平均應力，焊接殘余應力等。
傳統的焊接疲勞分析方法是通過有限元分析軟件來計算焊縫處的應力，然后根據焊接結構的不同類型定義應力壽命S-N曲線來計算焊縫的疲勞壽命。一般來說，有限元網格的大小直接影響仿真分析的結構應力結果，特別在應力集中位置（焊接位置通常有應力集中），其影響更大，因此傳統焊接疲勞分析方法無法準確預測焊縫處的疲勞壽命。
2006年最新版本的Fe-safe引入了一個全新的“Verity”模塊，可以很好地解決上述問題。該模塊的核心技術來源于美國著名的科技研發公司Battelle的JIP（Joint Industry Project）項目研究成果，該研究成果“Mesh-insensitive Structural Stress Method”是在通用有限元分析程序計算結果基礎上，針對板殼、實體等結構連接形式，專門開發計算等效Structural Stress的程序，使得最后的應力計算結果不具有網格敏感性，即在不同網格尺寸下都能獲得精確一致的疲勞仿真結果。
二. Verity焊縫分析介紹
Verity的等效結構應力法是一種新型焊接結構疲勞壽命預測技術, 可廣泛應用于不同工業領域的各類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、船舶、地面車輛等結構的管件及平板焊接接頭。該方法主要基于以下2項關鍵技術:
1.
展開 《MSC.Fatigue疲勞分析應用與實例》
第5章 全壽命分析實例
5.1 全壽命（S-N）分析介紹
5.2 帶缺口平板疲勞壽命（S-N）分析
5.2.1 問題描述
5.2.2 分析模型
5.2.3 設置疲勞分析
5.2.4 運行疲勞分析
5.2.5 查看分析結果
5.2.6 分析總結
5.3 支架疲勞壽命（S-N）分析
5.3.1 問題描述
5.3.2 分析模型
5.3.3 設置疲勞分析
5.3.4 運行疲勞分析
5.3.5 查看分析結果
5.3.6 分析總結
5.4 焊接部件疲勞壽命（S-N）分析
5.4.1 問題描述
5.4.2 分析模型
5.4.3 設置疲勞分析
5.4.4 運行疲勞分析
5.4.5 查看分析結果
5.4.6 分析總結
第6章 應變疲勞（э-N）分析
6.1 應變疲勞介紹
6.2 三腳支架結構應變疲勞分析
6.2.1 問題描述
6.2.2 分析模型
6.2.3 設置疲勞分析
6.2.4 運行疲勞分析
6.2.5 查看分析結果
6.2.6 分析總結
6.3 注塑模具殘余應力分析
6.3.1 問題描述
6.3.2 有限元模型
6.3.3 設置第一次疲勞分析
6.3.4 設置第二次疲勞分析
6.3.5 研究平均應力的影響
6.3.6 研究表面加工/熱處理的影響
6.3.7 分析總結
第7章 多軸疲勞分析實例
7.1 階梯軸多軸疲勞分析
7.1.1 問題描述
7.1.2 有限元模型
7.1.3 兩種載荷分別作用的全壽命疲勞分析
7.1.4 多軸載荷疲勞分析
7.2 轉向節的多軸疲勞分析
7.2.1 問題描述
7.2.2 分析模型
7.2.3 設置疲勞分析
7.2.4 運行疲勞分析
7.2.5 快速簡化分析
7.2.6 查看分析結果
7.2.7 結果評價
7.2.8 總結
第8章 裂紋擴展壽命分析實例
第9章 焊接疲勞分析實例
9.1 部分車身結構的點焊疲勞分析
9.1.1 問題描述
9.1.2 分析模型
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