摘要
疲劳破坏是工程中常见的破坏，尤其是在汽车，航天，船舶等行业更为常见，针对以上构件进行疲劳分析至关重要，这些构件往往采用焊接的方式连接节点，在疲劳荷载的作用下，构件的焊缝处容易出现疲劳破坏。焊缝中存在的残余应力会降低构件的振动疲劳寿命和构件的安全性能。对比带不同的焊接残余应力的试件，可以研究各试件焊缝区在振动疲劳过程中的应变变化，分析焊接残余应力对带焊缝试件疲劳寿命的影响，对提高我国工业技术水平具有实际意义。 为了研究带焊缝试件的疲劳特性，本研究采用三维光学全场应变测量技术（DIC）获取试件在焊接试验和疲劳振动实验过程中的图像，运用三维数字图像相关方法计算试件在焊接过程中主应变的变化，及振动疲劳过程中焊缝区的应变变化，并且采用结构分析软件模拟试件的焊接残余应力，采用疲劳分析软件计算试件的疲劳寿命，将模拟结果与试验结果进行对比。论文主要工作包括： 进行焊接试验，设计了2种不同宽度的焊接试件，通过调整激光焊接的速度，获得带不同残余应力的试件。并通过激光打标的方式，在试件表面制作数字散斑图像，采用二维数字图像相关方法测量试件经过激光焊接后产生的残余应力，实验结果表明激光焊接速度越快，试件的残余应力越小。 建立起振动疲劳的试验系统，振动疲劳的试验系统由疲劳加载系统、数据采集系统组成。疲劳加载系统包括支座、激振器、NI控制设备、功放、传感器等，数据采集系统包括由NI采集设备、传感器、高速摄像机、CCD控制器、图像采集和分析软件等。 振动疲劳试验概况及结果分析。首先通过三维数字图像相关方法测量出各个试件的自振频率，然后在相同工况下对带不同的残余应力的试件进行振动疲劳分析，试验过程中，采用三维数字图像相关的方法测量各试件焊缝区的位移，及应变场的变化，通过对比试件在试验过程中，其焊缝区的应变分布规律和疲劳破坏时间，可得出结论：当试件宽度，试验工况相同时，试件的焊接残余应力越大，其焊缝区的疲劳损伤越大，试件的振动疲劳寿命越短。 有限元软件分析。采用顺序耦合的方式模拟焊接残余应力，热源选择高斯衰减热源，得到各试件的温度场及热循环曲线，计算出各试件的焊接残余应力。再对试件进行模态分析，得到试件的自振频率。最后把abaqus软件分析计算的结果导入fe-safe软件中，计算出不同焊接残余应力下，各试件的振动疲劳寿命。
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