基于SiPESC平台焊接结构疲劳强度分析——应力篇

机械构件的连接多采用焊接结构，在实际工作中构件承受复杂的交变载荷，容易发生疲劳破坏。构件的焊接接头由于存在焊接缺陷、应力集中和残余拉伸应力等，在承受交变载荷时的疲劳强度一般都低于母材的疲劳强度，疲劳破坏总是集中在焊缝区域，因此，焊缝处是工程设计人员在进行疲劳评估时的重点分析部位。在评估过程时应力选择和SN曲线（应力寿命曲线）选择极为重要。

焊接接头的疲劳破坏模式有两种，一种发生在焊根B处一种发生在焊趾A处。发生在B处的破坏可以通过适当的焊缝尺寸和焊接工艺避免，本文主要讨论破坏模式A。

基本名词

名义应力法

对焊接接头进行分级归类，严格限定加载模式。但是，当遇到焊缝形状复杂或受力复杂的焊接构件时，则很难选择恰当的Ｓ-Ｎ曲线数据。

结构应力法（本文主要分析方法）

基于断裂力学理论和大量焊接试验数据。通过对上千个焊接接头疲劳试验数据进行统计分析发现：如果以等效结构应力变化范围与疲劳寿命来绘制Ｓ-Ｎ曲线，所有疲劳试验数据将落在一个窄带中，近似于一条主Ｓ-Ｎ曲线，从而实现以一条主Ｓ-Ｎ曲线来评估焊接结构的疲劳寿命。 这种方法可以较为精确地计算出空间任意走向的焊缝疲劳寿命，而且对网格不敏感，因此，该方法在大批专家严格论证后在2007年被纳入ASME BPVC VIII-2的标准里。限于篇幅本文对其原理不做详细介绍，结构应力法评估流程参见ASME BPVC VIII-2  5.5.5 FATIGUE ASSESSMENT OF WELDS – ELASTIC ANALYSIS AND STRUCTURAL STRESS

有效缺口应为法

使用焊趾和焊根的缺口应力作为疲劳控制参量，缺口应力试图包含缺口效应在内的所有应力集中源，从理论上讲只需一条Ｓ-Ｎ曲线，在减少Ｓ-Ｎ曲线分级上相比前两种方法更有优势。但获得缺口应力通常需要较为精细的建模计算，相比前两种方法，该法在实际应用经验及数据累积上还十分有限。

断裂力学法

基于构件本身存在裂纹这一事实，很好地体现＂合于使用＂的原则和＂断裂-安全＂理念。虽然线弹性断裂为学方法对复杂结构的剰余寿命评价有较高的准确度，但因其计算复杂，通常用于安全性要求较高的结构评定中。