劳试验的最大拉伸载荷为100KN时,名义应力是100MPa。试验数据表明这三种焊接接头的疲劳强度不同,即S-N曲线参数不同。疲劳试验给出的具体数据是:为了考察焊缝焊趾上的应力集中,分别建立了精细的有限元模型(焊缝附近网格尺寸为0.1mm,较远端网格尺寸为0.5mm)以精确的计算应力集中。这四个模型是:模型1:焊缝经过磨平处理,焊缝高为零(FAT=125);模型2:缝坡角为30°焊缝高2mm(FAT=100);模型3:焊缝坡角为45°焊缝高5mm(FAT=80);模型4:取一极端情况,焊缝坡角打磨为90°,焊缝高5mm。(类似情况曾发生在德国西门子图纸上,为了方便拆卸螺钉,曾经要求焊缝磨削成直角,此处的应力高度集中导致焊缝很快就开裂了。)四个模型焊缝焊趾上的应力集中计算结果对比在BS标准与IIW标准中,疲劳试验数据表明:搭接接头焊缝磨削可以提高抗疲劳能力;不同板厚、板宽渐变过渡后,也可以提高抗疲劳能力。这些措施之所以有效,其原因就是局部刚度得到了协调,从而应力集中得到了消除或缓解。这一力学解释,对更复杂的焊接接头都成立。10.3关于抗疲劳设计的切入点总之,治理应力集中不应是简单地通过局部加厚补强降低母材的应力水平,而应是协调焊接接头上与焊缝相关联的刚度。应力集中是现象,刚度不协调是本质。从抗疲劳的角度看,协调刚度是焊接接头局部设计或补强的一个重要原则,了解这一本质,非常有助于避免设计的盲目性。刚度是否协调,是一个与导致疲劳破坏的外因无关的内部设计问题。沿着“力(输入)”——“变形”——“应变”——“应力(输出)”这样一个逻辑关系搜索下去,这完全是一个静态范畴的作业。实际上,波动的外力导致的动态应力不过是静态应力的受迫偏离,它并不改变应力集中的基本趋势。基于此,在设计阶段通过焊缝上的静力计算来改进应力集中的状态,从而进行提高自身抗疲劳能力的内涵建设,是一个即治标又治本的切入点。
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