[发明专利]一种焊接接头的低周疲劳性能评价方法

说明书

一种焊接接头的低周疲劳性能评价方法，采用漏斗试样进行，漏斗试样的工作段由弧形段和平行段两部分构成；将待测试焊接接头的微区中心置于漏斗试样的弧形段中间位置，使得疲劳试样断裂在需测试的微区，然后采用应变集中的弹塑性有限元分析得到的塑性区局部应变，评估焊缝微区的低周疲劳性能。相比传统的光滑试样，采用漏斗试样进行焊接微区疲劳性能的测试，可使疲劳试样最终断裂在需测量的焊接接头微区，测得的疲劳性能全部为该焊接微区的疲劳性能，而不是接头中强度最低区域的疲劳性能。对于低周疲劳，采用塑性区应变作为局部应变来评估漏斗试样的低周疲劳性能，比采用热点应变和危险截面应变评估更可靠，且比临界距离法计算简便。

技术领域

本发明属于焊接技术领域，具体涉及一种焊接接头的低周疲劳性能评价方法。

背景技术

焊接结构由于加工方便、重量轻、能达到冶金结合等优点在压力容器、轨道车辆、航空航天、大型装备等制造行业得到了广泛应用，也经常应用于长期承受动态载荷的场合，因此对焊接结构的疲劳性能进行准确地评价十分重要。焊接接头的疲劳评定通常采用传统的光滑试样，通过名义应力应变法或局部应力应变法来评估接头的整体疲劳性能，但传统试样只能测试焊接接头中最薄弱区域的疲劳性能，不能测试接头中某个特定微区的疲劳性能，不便于了解整个接头各微区的疲劳性能。因此从测试焊接接头微区疲劳性能的角度出发，使用漏斗试样以确保测得的疲劳性能为需测试微区的疲劳结果是十分必要的。

测试焊接接头疲劳性能时，通常基于引伸计测量的标距段内的平均应变，即全局应变，这与实际断裂区域的局部应变有偏差。由于疲劳过程中，断裂区域附近的局部应变对疲劳寿命起决定性作用，因此应采用局部应力应变法得到的结果较准确。目前常用的局部法疲劳失效准则有热点应力法、缺口应力强度因子法、等效应力强度因子法和临界距离法等。但局部应变的测量较困难，精确度有待提高，且局部应变的测量范围对结果有较大的影响。有限元法可获得试样上所有区域的应力应变值，适用于局部应力应变的计算。因此，从准确评估焊接接头微区疲劳性能的角度出发，使用弹塑性有限元法计算漏斗试样的应变集中情况，开发一种适用于焊接接头微区低周疲劳评价方法是必要的。

发明内容

本发明的目的在于针对由于焊接接头存在力学性能不均匀性且接头微区尺寸较小，导致疲劳测试时断裂位置难以确定的问题，提供一种焊接接头的低周疲劳性能评价方法，以解决焊接接头疲劳测试断裂位置不确定和应变寿命曲线不准确的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种焊接接头的低周疲劳性能评价方法，采用漏斗试样进行，漏斗试样的工作段由弧形段和平行段两部分构成；将待测试焊接接头的微区中心置于漏斗试样的弧形段中间位置，使得疲劳试样断裂在需测试的微区，然后采用应变集中有限元分析得到的塑性区局部应变，评估焊缝微区的低周疲劳性能。

本发明进一步的改进在于，具体过程如下：

1)确定待测试的焊接接头微区：试样加工时将待测试的焊接接头微区的中心置于漏斗试样的弧形段中间位置，确保疲劳试样最终断裂在待测试微区；

2)进行漏斗试样的低周疲劳试验：在待测试微区采用引伸计测量全局应变，将测量的全局应变作为低周疲劳试验的控制参量，得到不同全局应变水平下的疲劳寿命；

3)使用焊接接头各微区的弹塑性参数进行不同全局应变下的漏斗试样的应力应变集中的有限元计算，得到不同全局应变下的塑性区局部应变；

4)根据步骤2)得到的不同全局应变水平下的疲劳寿命与步骤3)得到的不同全局应变下的塑性区局部应变，采用有限元分析得到的塑性区应变评估焊缝微区的低周疲劳性能。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，计算时，有限元模型为疲劳试样的标距段，固定模型左端，给模型右端施加位移，位移大小为应变量乘以标距长度。

本发明进一步的改进在于，步骤3)中，有限元计算网格大小能够保证进一步减小网格后局部应变不再变化。