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应力集中对焊接接头疲劳性能影响的有限元分析

作　者: 张小东
导　师: 何柏林
学　校: 华东交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 焊接接头疲劳强度有限元 ABAQUS MSC.Fatigue
分类号: TG407
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 303次
引　用: 1次
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内容摘要

随着经济的发展，高速已经成为现代运输的一个重要标志，而这其中的高速铁路以其诸多优点，如运量大、污染轻、耗能低被世界各国广泛重视。随着京津、武广线的开通，我国也进入了高速铁路的建设阶段，这也对高速运行的机车车辆提出了更高的性能要求。列车转向架作为机车和车辆的关键部件，其疲劳强度等力学性能不容忽视。本文以转向架的基本连接形式—焊接为研究课题，就焊接接头的疲劳性能进行了数值仿真计算和试验研究。主要分析了常用焊接接头形式（对接、十字接）下的接头疲劳性能的主要因素—焊缝的几何参数（应力集中系数）。本论文研究的内容与成果如下：1、由于焊接构件的疲劳的影响因素不仅包含了应力集中、形状尺寸、表面状态等这些基本的因素，还包括由于焊接工艺特殊性所带来的例如焊接缺陷、残余应力等方面的影响因素。为了更好的研究焊接接头应力集中对其疲劳性能的影响，本文首先采用焊后热处理将试样的残余应力去除，然后进行相应的疲劳试验。2、详细的介绍了应用于分析焊接接头疲劳的不同方法及适应性。通过对焊接接头的建模进行有限元分析（ABAQUS），得到应力集中系数，然后通过不同的方法（传统的局部应力应变法、各种修正的局部应力应变法）对其进行疲劳寿命的理论计算并加以比较。3、通过专业的疲劳软件MSC.Fatigue来运用适应于高周疲劳的局部应力应变法对焊接接头其进行分析，并且通过和试验数据进行比较说明有限元方法的合理性与可行性。最后对于常见的焊接接头形式（对接、十字接）的几何参数对应力集中系数和疲劳寿命进行了系统的分析，得到应力集中系数和疲劳寿命之间的关系，为得到焊缝最佳形状与提高焊接接头的疲劳性能提供理论依据。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
主要符号说明  7-8
第一章绪论  8-15
  1.1 课题研究的背景  8-9
  1.2 课题研究的目的和意义  9-10
  1.3 本课题目前研究的现状及分析  10-14
    1.3.1 国外研究现状及分析  10-12
    1.3.2 国内研究现状及分析  12-14
  1.4 本论文研究的来源与主要内容  14-15
第二章疲劳分析理论及软件实现  15-28
  2.1 疲劳的基本概念  15-16
    2.1.1 疲劳定义  15
    2.1.2 疲劳分类  15
    2.1.3 疲劳极限、疲劳强度和疲劳寿命  15-16
  2.2 疲劳寿命分析、设计方法  16-17
    2.2.1 无限疲劳寿命设计方法  16
    2.2.2 有限寿命设计方法  16
    2.2.3 损伤容限设计方法  16-17
    2.2.4 耐久性设计方法  17
  2.3 焊接接头疲劳强度的影响因素  17-21
    2.3.1 应力集中的影响  17-19
    2.3.2 表面状态的影响  19
    2.3.3 载荷的影响  19
    2.3.4 尺寸的影响  19
    2.3.5 残余应力的影响  19-21
  2.4 焊接接头疲劳强度分析方法  21-22
    2.4.1 名义应力评定方法  21
    2.4.2 结构应力评定方法  21
    2.4.3 缺口应力评定方法  21
    2.4.4 局部应力应变分析法  21-22
  2.5 提高焊接接头疲劳强度方法  22-23
    2.5.1 降低应力集中  22
    2.5.2 焊接残余应力场的调整  22-23
    2.5.3 改变材料的表面性能  23
  2.6 基于有限元疲劳分析的实现  23-27
    2.6.1 ABAQUS有限元分析软件  24-25
    2.6.2 基于有限元的疲劳分析软件MSC.Fatigue  25-27
  2.7 本章小结  27-28
第三章疲劳相关试验及分析  28-39
  3.1 疲劳相关试验  28-33
    3.1.1 疲劳试验所用材料  28
    3.1.2 疲劳焊接试样  28-30
    3.1.3 焊接试样热处理  30-31
    3.1.4 焊接试样疲劳试验  31-33
  3.2 疲劳试验理论分析  33-38
    3.2.1 名义应力评定  33-34
    3.2.2 传统局部应力应变分析法  34-37
    3.2.3 用于中高周疲劳预测的局部应力应变法  37-38
  3.3 本章小结  38-39
第四章疲劳试验理论计算与有限元分析  39-53
  4.1 十字接头试样疲劳寿命  39-47
    4.1.1 十字接头疲劳寿命理论计算  39-43
    4.1.2 基于MSC.Fatigue的十字接头疲劳寿命分析  43-47
  4.2 对接接头试样疲劳寿命  47-52
    4.2.1 对接接头疲劳寿命理论计算  47-49
    4.2.2 基于MSC.Fatigue的对接接头疲劳寿命分析  49-52
  4.3 本章小结  52-53
第五章焊接接头应力集中及疲劳寿命分析  53-62
  5.1 对接接头的应力集中及疲劳寿命的分析  53-58
  5.2 十字接头的应力集中及疲劳寿命的分析  58-61
  5.3 本章小结  61-62
第六章总结  62-64
  6.1 主要工作回顾  62-63
  6.2 本课题今后需进一步研究的地方  63-64
参考文献  64-67
个人简历在读期间发表的学术论文  67-68
致谢  68

应力集中对焊接接头疲劳性能影响的有限元分析

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