考虑复杂应力状态的焊接结构疲劳寿命估算研究

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疲劳破坏一直是机械零件与工程构件的主要破坏和失效形式之一。疲劳寿命估算对于设计各类承受循环载荷的机械和结构具有重要的实际意义。焊接结构形状复杂,应力集中明显,其疲劳寿命估算困难。   本文分别采用场强法和临界面法对某型发动机燃烧室机匣疲劳寿命进行了预测。   场强法可综合考虑宏观应力(应变)和应力(应变)梯度对接头疲劳的影响。论文根据场强法的基本思想,引入了应变场强法。通过对平板试验件的场径分析以及对机匣安装座焊缝接头应力(应变)集中区的弹塑性有限元计算和应变场强数值求解,得到了接头焊趾区局部应变场强。在此基础上,根据材料ε-N曲线,得到了机匣安装座角焊缝接头的疲劳寿命的一个估算值。该结果与局部应力应变法相比,疲劳寿命预测精度有较大提高并与试验结果吻合良好。   临界平面法可以考虑结构的多轴应力状态的影响。论文通过一点的应力状态分析,给出了面的确定方法及临界面上应力应变的计算方法。论文选取Brown准则、Fatemi准则和SWT准则对某机匣焊接接头疲劳寿命进行估算,结果表明,采用Brown准则对其危险部位进行疲劳寿命预测,预测效果较好,并与试验结果较为吻合,而Fatemi准则由于根据文献所选参数与本文研究对象有一定差距,对焊接机匣寿命预测结果不理想。SWT准则形式简单,考虑的因素较少,此准则的寿命预测结果与实际寿命相差较大。  
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