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焊接接头的抗疲劳设计和寿命评估

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:标准与非标准焊接接头的抗疲劳设计是焊接结构抗疲劳设计的重要组成部分,一个完整的接头设计过程还应当包括根据使用时的安全等级要求确定其质量检测等级。在EN 15985标准中,焊接接头设计、生产、检查是三个递进环节,而在第一个设计环节中,首先提出了必须要对焊接接头进行静强度设计和疲劳强度设计。

焊接接头的抗疲劳设计和寿命评估

焊接接头是焊接结构的基本单元,焊接结构设计一般从每一个焊接接头的设计开始,然而到目前为止,还没有哪一个设计标准对焊接接头给出严格的几何定义或力学定义,但是一旦定义一个焊接接头,必须有对应的S-N曲线数据与之关联,否则难以评估其抗疲劳能力。BS 7608:2014+Al:2015、IIW-ⅩⅢ-1539-07/ⅩⅤ-1254r4-07:2008及JIS E 4207:2004等标准中以分级的形式给出了一批具有代表性的焊接接头类型的同时,均有S-N曲线数据与之关联。

本书前面已经指出了工程结构的复杂性使得这些基于名义应力的标准不可能为每一个“形状特殊,载荷复杂”的接头提供其S-N曲线数据。基于这一现实情况,可以给出这样的定义:凡是基于名义应力(包括热点应力)标准能够检索查到且有S-N曲线数据与之关联的接头,将其定义为标准接头。那么,其余的接头则定义为非标准接头。而这些看似没有S-N曲线数据关联的非标准接头,如果放到基于结构应力的主S-N曲线的理论模型之中,这些非标准的焊接接头事实上已经被赋予了它们固有的S-N曲线数据,这就是结构应力法的独特之处。

标准与非标准焊接接头的抗疲劳设计是焊接结构抗疲劳设计的重要组成部分,一个完整的接头设计过程还应当包括根据使用时的安全等级要求确定其质量检测等级。为了实现这一完整性,本章将结合最新颁布的欧洲标准(EN 15085)《铁路上的应用-铁路车辆和部件的焊接》[1](Railway applications-Welding of railway vehicles and components)的设计流程为平台,给出焊接接头的完整性设计技术。之所以选择EN 15085,不仅是因为它有示范意义,而且它还有一个共性的难点需要克服。(www.xing528.com)

在EN 15985标准中,焊接接头设计、生产、检查是三个递进环节,而在第一个设计环节中,首先提出了必须要对焊接接头进行静强度设计和疲劳强度设计。比较而言,焊接接头的静强度设计的执行并不困难,而焊接接头的疲劳强度设计对企业来说则比较困难,因为该标准要求:①通过疲劳寿命计算获得应力因数,然后根据应力因数的具体值确定应力状态等级的高、中、低;②在应力状态等级得到确定以后,结合安全需求等级,设计与制造工程师们才能继续确定焊缝质量等级、焊缝检验等级,直到标注到生产图样上。由此可见,应力状态等级的确认是执行该标准过程中最为关键的第一步。

但是怎样确定应力状态的等级,该标准并没有给出任何可操作的具体方法与步骤,看来设计与制造工程师必须掌握应力因数的计算技术才能迈过这个门槛

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