超声频分量双周疲劳载荷作用下焊接接头的疲劳性能

摘要

许多重要焊接工程结构同时承受低周疲劳(LCF)和高周疲劳(HCF)的作用，从而产生双周疲劳(CCF)的问题。本文研究双周疲劳载荷作用下Q345和Q235B钢焊接接头的疲劳性能。
　　为模拟双周疲劳载荷本文研制出能提供低频-超声频复合载荷的双周疲劳试验装置。超声频载荷由一套基于DSP控制的超声疲劳试验装置提供。
　　利用超声疲劳装置对Q345和Q235B母材及焊接接头试件进行应力比为-1的超声疲劳试验。结果发现无论母材还是焊接接头，其S-N曲线都是一条连续下降的曲线；在107～109循环周次范围内焊接接头不存在传统概念上的疲劳极限，载荷循环周次超过107甚至109以后，试件依然发生疲劳断裂。在超长寿命区间，焊接接头疲劳强度远低于母材的疲劳强度。
　　不论是Q345还是Q235B，它们的母材和焊接试件试件疲劳源都位于试件表面或次表面；未发现有裂纹起源于试件的内部夹杂物。
　　利用双周疲劳试验装置对Q345及Q235B薄板对接试件进行纯低周、纯高周及双周疲劳试验。结果发现在应力比R=0.5或者最大应力值smax=420MPa条件下，双周疲劳载荷对Q345及Q235B薄板对接试件的疲劳寿命有很不利的影响。随着高周分量比例的提高，焊接接头的疲劳寿命明显缩短。
　　使用超声冲击处理焊接试件焊趾部位。结果发现经过超声冲击处理的Q345薄板对接试件，其双周疲劳强度明显高于焊态试件的双周疲劳强度。
　　通过扫描电镜观察双周疲劳试件的断口，发现裂纹扩展区存在明显的二次裂纹和疲劳台阶。断口呈现以河流花样为主的疲劳条纹。
　　使用线性累积损伤理论分析双周疲劳载荷作用下焊接接头的疲劳寿命，发现使用Miner法则会低估两个分量载荷之间强烈的耦合作用。耦合作用的大小与高低周振幅比关系很大。

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第一章 绪论

1.1选题背景及意义

1.2焊接结构疲劳研究的发展历史

1.3超声疲劳试验技术

1.4影响焊接接头疲劳强度的因素

1.5本文研究方向的提出和国内外动态

1.6本文研究内容

第二章 超声频分量双周疲劳试验装置的研制

2.1前言

2.2双周疲劳试验装置整体方案

2.3超声疲劳试验装置

2.4双周疲劳试验装置整体组装与调试

2.5小结

第三章 疲劳试件的设计

3.1前言

3.2超声疲劳试件的设计

3.3影响试件谐振长度的因素[76]

3.4小结

第四章 超声疲劳试验

4.1前言

4.2试验准备

4.3 Q345超声疲劳试验

4.4 Q235B超声疲劳试验

4.5 Q345与Q235B的超声疲劳试验数据的比较

4.6超声疲劳断口分析

4.7小结

第五章 双周疲劳试验

5.1前言

5.2试验准备

5.3 Q345焊接接头

5.4 Q235B焊接接头

5.5超声冲击作用下的Q345焊接接头双周疲劳试验

5.6 Q345双周疲劳试件断口

5.7小结

第六章 双周疲劳的线性累积损伤分析

6.1前言

6.2疲劳累积损伤理论

6.3线性累积损伤分析方法

6.4结果与分析

6.5小结

第七章 结论

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

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