疲劳失效是金属结构在长期承受交变载荷作用下的主要失效模式之一,是工程界研究的重要课题。金属焊接结构的疲劳失效过程主要有两个部分:疲劳裂纹的萌生阶段和疲劳裂纹的扩展阶段。在工程研究中,Paris公式能较精确地预测疲劳裂纹扩展期的疲劳寿命,但是往往忽略了萌生期的疲劳寿命。 本文简要回顾了该领域国内外的研究成果,包括理论方面的研究和创新,以及各种试验方法和手段。结合前人所做的试验,对疲劳失效原理进行剖析,详细论述了疲劳失效的全过程,即微裂纹的萌生和增长,宏观裂纹的形成与稳定扩展,裂纹的最后失稳扩展导致断裂。 结合工程实际情况,本文把焊接结构的疲劳过程分为两个阶段,建立了一个能较准确预测焊接结构疲劳寿命的计算方法:用局部应力应变法预测疲劳裂纹萌生期的疲劳寿命;用Paris公式预测疲劳裂纹扩展期的疲劳寿命;二者寿命之和为焊接结构的总疲劳寿命。 本文给出了一个新的有效应力集中系数计算模型,并用这个有效应力集中系数修正了Neuber公式。分别建立了在对称载荷和非对称载荷条件下焊接结构的有效应力集中系数的理论预测模型,该模型考虑了母材的力学性能、焊接接头的几何形状、应力比、残余应力等因素对结构疲劳性能的影响。 文中用有限元软件ANSYS分别对对接接头和T型接头的焊趾处的应力集中系数进行了模拟分析,得到了对接接头和T型接头的接头截面上不同的几何参数对焊接接头焊趾处的应力集中系数的影响曲线。 结合具体的试验数据,用本文提出的方法对起重机箱形梁的疲劳寿命进行估算,并与试验结果进行了比较,计算误差在可被接受的范围内,说明文中提出的模型是可行的,能解决实际问题。