焊缝疲劳是指焊缝处由于循环载荷作用而产生的累积损伤,最终导致焊缝断裂的现象。焊缝疲劳的主要原因包括焊接结合处的异材结合和几何突变导致的局部应力集中,焊接位置材料参数无法准确获得,以及焊接位置存在大量微裂纹等。这些因素使得焊接位置成为结构疲劳破坏的薄弱环节。
评估焊缝疲劳寿命的方法主要有两种:
:使用远离焊接位置的应力计算疲劳寿命。
结构应力法
:提取焊接位置节点力和力矩,根据理论模型或经验公式计算焊接位置的真实应力。这些方法基于SN、EN疲劳仿真方法的改进,通过计算焊点和焊点边缘节点上的力和力矩,结合S-N曲线来评估焊缝的疲劳寿命。
焊缝疲劳的标准和实际应用主要依赖于通过实验获得的S-N曲线,这些曲线考虑了局部应力集中、焊缝尺寸和形状偏差、应力方向、残余应力、冶金状态等因素。ASME等标准提供了各种级别的焊接接头疲劳强度的S-N曲线,这些曲线具有工程实用性,并且基于实验数据。
下面介绍一下焊缝相关术语,焊趾、焊喉、焊根、焊脚,见下图(图片来源网络)
hypermesh有不同的焊缝建模方法,常见的有以下几种
注意:焊缝单元法向朝外。焊缝单元的厚度一般等于焊喉的尺寸约等于 1.414*L(对于上图中的第二个,一般推荐设置为 0.35*L)。
焊缝单元的厚度一般等于焊喉的尺寸。焊缝的建模方式多种多样,需要仿真工程师使用选择合适的类型,条件允许可以和试验对标。
焊缝疲劳评估:
不同焊接形式,疲劳失效可能发生的位置也有所区别,对于上面介绍的几种类型,疲劳评估位置如下表中所示:
焊缝疲劳多发生在焊缝的角根处和焊缝的两端。 焊缝的角根处由于几何形状的变化,容易产生应力集中,从而在重复应力作用下引发疲劳破坏。此外,焊缝的长度方向上,破坏的起点通常位于焊缝的两端。
焊缝疲劳破坏的具体部位包括:
焊缝的角根处:这是焊缝疲劳破坏最常见的地方,因为角根处的几何形状变化导致应力集中,容易在重复应力作用下引发裂纹。
焊趾部位:在某些情况下,如桥梁的腹板高度上,焊趾部位也可能出现疲劳裂纹,这也是由于应力集中所致。
焊缝两端:焊缝长度方向上,破坏的起点通常在焊缝的两端,这也是因为应力集中的原因。