含表面裂纹焊接结构疲劳评定的质量等级方法

摘要

针对含裂纹焊接结构的疲劳评定,基于断裂力学的传统方法依据Paris公式需多次迭代计算估计结构寿命,计算量较大、耗时较长,不便于对工程问题做出及时快速决策。通过含裂纹结构疲劳强度与S-N曲线的等效关系,建立含裂纹结构的质量等级方法,实现快速疲劳评定。针对无限长裂纹,推导计算出与S-N曲线对应的含无限长裂纹结构质量等级,确定不同质量等级下无限长裂纹的允许深度。进而,针对有限尺寸裂纹进行疲劳裂纹扩展分析计算,基于等疲劳强度和等疲劳寿命建立无限长裂纹的等效方法,获得有限尺寸裂纹对应的等效无限长裂纹深度。以轴向载荷下含表面裂纹板为对象,采用该方法计算出一系列板厚下不同质量等级的无限长裂纹允许深度,以及不同裂纹形状比的等效无限长裂纹深度,形成裂纹尺寸等效图和无限长裂纹质量等级图。采用该方法对一典型含裂纹结构进行疲劳评定,并与基于断裂力学的传统方法进行比较,验证了质量等级方法的可行性。研究方法将有助于质量等级方法在含裂纹结构疲劳评估中推广应用,对实现含裂纹设备疲劳寿命的快速评估具有重要意义。