焊接结构广泛应用于海上平台、船舶制造、车辆工程等现代工业领域,而焊接质量的优劣将直接关系到各种结构的安全应用。处于交变载荷下的焊接接头经常会因共振而导致振动疲劳破坏,极易引发生命及巨额财产的损失。因此对焊接接头进行振动疲劳分析具有重要的工程意义,而通过试验完成振动疲劳分析要耗费大量的人力、物力及时间,甚至有些大型焊接件无法实现,为此采用数值模拟技术实现焊接接头振动应力分布和振动疲劳分析显得尤为重要。目前数值模拟技术主要应用于焊接接头静疲劳分析,对焊接接头的振动疲劳分析较少且模拟所需参数缺乏。因此通过数值模拟技术实现Q235B结构钢和5A06铝合金对接接头和十字接头的振动应力分布及疲劳寿命预测,寻求一种合适的模拟方法成为本文研究的主要工作。焊接残余应力和应力集中是影响焊接接头疲劳性能的主要因素,焊接残余应力在循环载荷下会产生一定的松弛,难以通过数值模拟法确定,所以采用国际焊接学会给定的处理方式来考虑其对接头疲劳性能的影响。而应力集中则可通过数值模拟考虑。基于有限元模型的建立原则,选择了能够表达接头真实结构的带有焊缝表达形式的实体模型,建立了8mm(Q235B)和10mm(5A06)厚的对接接头和十字接头的有限元模型;依据网格划分原则,选择了结构化的过渡网格划分方式,对焊缝及附近区域优化分割,降低了模型的总单元数和节点数。利用有限元软件ABAQUS完成了单位载荷下焊接接头的应力模拟,并确定了不同焊接接头的应力集中系数,为后续分析提供了相关数据。基于动力学理论,对自由状态下的焊接接头进行前30阶模态分析,通过接头的振型和参与系数确定了焊接接头的共振频率范围,为静疲劳和振动疲劳提供了明确的分界线。由于静疲劳和振动疲劳具有相同的损伤机理,因此通过焊接接头静疲劳的数值模拟验证文中所采用数值模拟法的可行性。首先,对不同焊接接头在高频疲劳试验机上进行疲劳试验,得到接头断裂位置基本位于焊趾部位。然后,对试验结果进行处理,得到了完全由试验数据拟合而来的试验S-N曲线和按照国际焊接学会推荐的m=3拟合而来的推荐S-N曲线,并按照接头的材料及形式得到了国际焊接学会给定的标准S-N曲线。之后,基于热点应力法模拟了焊接接头的静应力分布,确定了接头的热点位置及热点应力集中系数。在应力分析的基础上,通过数值模拟法综合考虑了加载应力、平均应力、残余应力和应力集中系数的影响,首次实现了试验热点S-N曲线、推荐热点S-N曲线和标准热点S-N曲线下的静疲劳寿命预测,计算结果与试验寿命值相比偏差均在30%以内,偏差较小,均可用于实际工程的疲劳寿命预测。其中推荐热点S-N曲线预测寿命偏差较大、标准热点S-N曲线预测寿命较为保守。同时证明文中所采用数值模拟技术具有较高的可靠性,可用于后续焊接接头振动疲劳的模拟分析。由于不同频率下的条件疲劳极限与疲劳强度系数的比值近似相等,同时疲劳强度系数与真实断裂强度的比值近似相等,所以静疲劳S-N曲线与振动疲劳S-N曲线间的关系可以通过加载频率确定,为此依据疲劳S-N曲线的对数形式提出了振动疲劳S-N曲线修正系数C2与频率影响系数的关系式,并基于胡克定律完成了不同应变速率下的拉伸试验,确定了焊接接头的真实断裂强度,最终得到了频率影响系数及振动疲劳S-N曲线的修正系数C2,首次通过静疲劳S-N曲线推断并获得了振动疲劳S-N曲线,为接头的振动疲劳寿命预测提供了必要的参数。基于动力学理论确定了焊接接头振动疲劳分析方案,首先,采用ABAQUS的频率响应法,考虑了刚度、质量和阻尼参数的影响,对完整焊接接头进行应力模拟,得到了焊接接头的振动应力分布,确定其危险部位为固定侧的焊趾处,并得到了振动应力的放大倍数。其次,结合焊接接头的振动应力分布、振动疲劳S-N曲线及Miner疲劳累积损伤准则,通过MSC.Fatigue的全寿命分析法进行了焊接接头振动疲劳寿命预测,并与试验数据比较,得到预测值基本位于试验值分散带之内。由此说明相对疲劳寿命预测的准确性而言,文中所提及的有限元模拟方法、采用的软件以及所建立的模型精度均较高,能够用于文中焊接接头振动疲劳的分析,便于指导实际工程应用。