基于随机性的金属焊接结构损伤断裂研究

摘要

对于那些长期经受交变载荷作用的金属机械零件和工程构件，疲劳破坏是一种主要的破坏形式。用确定性的方法进行疲劳分析时，所得到的疲劳寿命都是一个确定的值。然而，结构的疲劳又是一个受到大量不确定因素影响的极其复杂的现象，因此，从概率和统计的角度对金属结构进行疲劳分析是十分必要的。 本文从随机因素对疲劳损伤的影响出发，对金属结构的疲劳损伤问题进行了研究。首先，对金属构件的疲劳损伤特性作了理论分析，分析了应力—应变与疲劳寿命的关系，探讨了应变疲劳的局部应力应变的随机性，建立了一种金属构件疲劳损伤特性定量计算的线性多项式拟合法。与诺伯法[1]对比，该多项式拟合法所构造的线性多项式函数形式简单，使用简便且可以计算诺伯法不能计算的相应随机变量的方差。算例表明按多项式拟合法确定的结果与诺伯法计算的结果非常接近，该方法为金属构件的局部应力应变的统计特性的计算提供了一种简单实用的方法。其次，根据著名的Miner理论分析了线性疲劳累积损伤理论，考虑到疲劳累积损伤理论同样会受到各种随机因素的影响，根据目前国内外比较成熟的随机疲劳累积损伤理论，建立了疲劳寿命计算的一阶多项式法，与道林公式[2]计算的结果比较，误差很小，为金属构件疲劳寿命的预测提供了一种简便、有效的方法，适合工程应用。另外此方法还可以计算道林公式不能计算的随机疲劳寿命的方差，进而对疲劳寿命进行可靠性分析。最后，对金属焊接结构的理论进行了分析，分析了影响金属焊接结构寿命的因素，给出了金属材料疲劳裂纹萌生寿命计算公式、焊接接头疲劳裂纹扩展寿命计算公式，建立了随机条件下损伤断裂寿命的预测方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1选题的背景及研究的意义

1.1.1损伤断裂概述

1.1.2损伤断裂的研究背景

1.1.3损伤断裂的研究意义

1.2本课题研究领域国内外的研究动态及发展趋势

2金属疲劳损伤特征

2.1引言

2.2局部应力应变法

2.2.1循环应力—应变曲线

2.2.2循环应力—应变与寿命的关系

2.2.3局部应力应变计算

2.3近似多项式法

2.3.1多项式的构造

2.3.2算例

2.4本章小结

3随机疲劳累积损伤理论

3.1前言

3.2确定性疲劳累积损伤理论

3.2.1线性疲劳累积损伤理论

3.2.2非线性疲劳累积损伤理论

3.3随机疲劳累积损伤理论

3.4随机疲劳累积损伤理论的近似方法

3.4.1改进的Miner准则

3.4.2变幅应变疲劳的近似方法

3.5算例

3.6本章小结

4金属焊接结构疲劳强度与寿命预测

4.1概述

4.2影响焊接金属疲劳性能的因素分析

4.2.1应力集中

4.2.2接头形式

4.2.3焊缝局部几何形状

4.2.4尺寸效应

4.2.5平均应力

4.2.6残余应力

4.3金属焊接结构特点及力学特性

4.3.1金属焊接接头特点

4.3.2金属焊接接头组织和力学非均匀特性

4.3.3应变控制实验

4.4金属焊接接头疲劳寿命预测

4.4.1焊接接头疲劳裂纹萌生寿命预测方法

4.4.2焊接接头疲劳裂纹扩展寿命预测方法

4.4.3 随机条件下损伤断裂寿命的预测

5本文总结和研究前景

5.1本文总结

5.2研究前景

致 谢

参考文献

附录 硕士期间发表的论文