栓焊并用连接结构疲劳寿命分析

摘要

栓焊并用连接结构作为焊接和高强度螺栓两种连接方式的补充和发展,因其能够提高节点承载力，缩小节点几何尺寸，得到了广泛的应用。目前为止，国内外学者对常见的栓焊结构在静载下进行了大量的试验研究和理论分析，对其工作机理及连接性能的研究取得了显著成果。然而在循环荷载作用下，栓焊结构的疲劳性能以及高强度螺栓的作用目前还少有人研究。
　　本文重点研究端面角焊缝与高强度螺栓并用连接结构的疲劳性能，通过试验对比了焊接和栓焊两种不同连接结构疲劳寿命和疲劳失效机理的差异，分析了高强度螺栓对栓焊结构疲劳寿命的影响。试验结果表明栓焊试件的疲劳寿命要远高于纯焊试件且结构疲劳断裂位置发生了变化，栓焊结构裂纹萌生于焊趾，并沿母材厚度方向扩展。栓焊结构中高强度螺栓的存在不仅能够减小焊缝处的受力，同时能够提高结构整体连接刚度，使结构中盖板和芯板紧密结合，抑制萌生于焊根处的裂纹扩展。因此能够大幅度延长结构的疲劳寿命。
　　利用名义应力法和等效结构应力法对结构进行了寿命估算。名义应力法中的S-N曲线并不能完全考虑高强度螺栓对结构寿命的影响，因此与试验结果误差很大。等效结构应力法在计算时直接选取焊缝处的节点力和节点力矩，计算得到的结构应力已经包含了高强度螺栓的影响。首先通过改变网格划分单元长度，验证了等效结构应力法的网格不敏感性，其次估算结果与试验结果相比，数据吻合良好，误差在10％以内，证明了等效结构应力法对端面角焊缝与高强度螺栓并用连接结构寿命估算的适用性。结果可为工程中此类结构的疲劳寿命预测提供参考。

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字母注释表

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容及技术路线

第二章 疲劳分析基本理论

2.1疲劳断裂机理

2.2疲劳寿命估算

2.3焊接结构疲劳寿命估算方法

2.4本章小结

第三章 栓焊并用连接结构的疲劳试验研究

3.1试验目的及介绍

3.2试验准备

3.3疲劳试验

3.4本章小结

第四章 栓焊并用连接结构的疲劳寿命估算

4.1栓焊结构有限元分析介绍

4.2等效结构应力法结构寿命估算

4.3名义应力法结构寿命估算

4.4关于等效结构应力法的拓展

4.5本章小结

第五章 工作总结及展望

5.1论文工作总结

5.2工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢