铝合金搅拌摩擦焊接头疲劳失效评定方法研究

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搅拌摩擦焊是一种新型的固相连接技术,由于其焊接接头质量好,成本低,操作简单和易于实现自动化等优势,而被广泛应用于航空、航天、高速列车等领域。疲劳破坏是导致焊接结构失效的一种主要形式,所以对焊接结构的疲劳失效进行研究有着重要的意义。本课题主要是采用焊接接头常用的疲劳评定方法对铝合金搅拌摩擦焊接头进行比较研究,主要研究内容包括:  临界距离法包括点法、线法和面法,本文选用点法和线法对Al6082-T6铝管和Al2219铝板的搅拌摩擦焊接头的疲劳极限进行了研究。用有限元分析软件计算临界处等效应力值,分析有限元网格尺寸对结果的影响。结果表明:临界距离法对有限元网格尺寸有一定的依赖性。点法和线法都能够对两种焊接接头的疲劳性能做出合理的评定,并能够准确预测接头薄弱位置。线法的预测精度要高于点法。  采用应力平均法对Al6082-T6铝管搅拌摩擦焊焊接接头和Al2219铝板搅拌摩擦焊接头进行疲劳评定。通过引入虚拟缺口曲率半径来反映焊趾的缺口效应,即简化搅拌摩擦焊接头焊趾模型来分析缺口处的应力状态,以最大缺口应力作为疲劳评定参量。结果表明,应力平均法能够对铝合金搅拌摩擦焊接头做出合理的疲劳评定。但Neuber建议的把焊趾处视为尖锐缺口(即令ρ=0,ρ*=0.15mm)与实际情况有一定的差别。此法在工程上有一定的实用性,但对于搅拌摩擦焊平板接头来说,还有待进一步的研究。  采用裂纹模拟法对Al6082-T6铝管搅拌摩擦焊焊接接头进行疲劳评定。通过将焊接接头模拟成具有标准裂纹的构件来计算焊接接头的等效应力强度因子ΔK,并与焊接接头的疲劳裂纹扩展门槛值ΔKth进行比较来判断接头的疲劳失效情况。结果表明,当在裂纹模拟法中引入短裂纹修正因子a0后,该法能够做出合理的疲劳评定,而且预测精度也将大大提升。  采用断裂力学的方法对铝合金搅拌摩擦焊焊接接头进行疲劳寿命预测,提出用裂纹模拟法中模拟的裂纹尺寸作为断裂力学中的等效裂纹初始尺寸,研究发现该方法能够对Al6082-T6铝管接头的疲劳寿命做出合理的预测。  讨论分析了各疲劳评估方法对于铝合金搅拌摩擦焊接头的有效性和实用性,发现临界距离法和裂纹模拟法更具优势。
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