对于含焊接缺陷构件的疲劳可靠性评定

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1、万方数据第29卷第1期焊接学报v01．29No．1208年1月TRANSACTIONSOFTHECHINAⅥ砸IJ)INGINSrrIrr【11_IONJanuary208含焊接缺陷构件的疲劳可靠性评定刘曦(南京工业大学机械学院博士后流动站，南京210009)摘要：在试验的基础上，应用模糊集理论，综合评定了焊接缺陷对于构件疲劳强度的影响，综合考虑了缺陷种类、大小、位置、缺陷间的相互干涉四个因素，得出了一个评定焊接缺陷对构件疲劳强度危害程度的特征参量p(盖)。将特征参量弘(石)与质量带理论结合，做

2、出了含缺陷构件的卢一孓Ⅳ-尸图。运用卢一譬Ⅳ-尸图，初步解决了构件中已知缺陷形态如何进行构件的可靠性评定等工程上关心的问题。特征参量口(x)与作者提出的主疲劳源模型相符合。关键词：焊接缺陷；可靠性评定；模糊集理论；疲劳强度中图分类号：’m456．9文献标识码：A文章编号：0253—360x(2008)01—0089—04刈曦O序言目前还没有很好的方法来评定焊接缺陷对构件的疲劳强度的影响，尤其是对非裂纹型缺陷的评定。究其原因，在于焊接缺陷评定中，对于不确定性因素难于处理。工程不确定性分为两种，随机

3、不确定性和模糊不确定性。对于随机不确定性问题和模糊不确定性问题的研究，是可靠性理论的两个分支，前者需用概率统计方法求解；后者包含人们的经验，可用模糊集理论处理。对于前者的研究，已做了很多工作，而对于后者的研究，还刚刚起步。由于焊接缺陷种类多，缺陷问相互干涉关系复杂，要根据无损探伤的结果，对含焊接缺陷构件的疲劳强度作精确定量计算，确有一定的困难。作者初步尝试应用模糊集理论对含焊接缺陷构件作疲劳可靠性评定。戴树和教授、沈士明教授对作者进行了指导。1含焊接缺陷构件的疲劳试验将焊接过程中自然形成焊接缺陷

4、的试件，先进行无损探伤，拍下射线照片。从疲劳试验开始，每循环Ⅳ次后，不论疲劳裂纹是否已经萌生，都进行循环次数为n的降载勾线，这样重复进行，直至试件断裂，载荷谱如图1所示，其中虚线表示载荷谱波峰与波谷的中间线。虽然在疲劳裂纹萌生阶段，无法在试件上留下勾线的迹线，但适当调整图1所示载收稿日期：2007—01一09荷谱中Ⅳ，n，s的取值之后，在疲劳裂纹扩展阶段，就能在试件断面上留下清晰的勾线迹线，如图2所示。日L至访穴捌循环数Ⅳf，次数图1载荷谱示意图Fig．1L0adingspedrum(a)试验断

5、口疲劳裂纹扩展前沿(勾线迹线)㈣重绘的试验断口图2试验断口(mm)Fig．2Exper

6、mentsec【iOn万方数据标准分享网www.bzfxw.com免费下载焊接学报第29卷2焊接缺陷对构件疲劳强度影响的规律在试验的基础上，作者对焊接缺陷对构件疲劳强度的影响规律进行了探讨，并相应提出了一个主疲劳源模型。主疲劳源模型的基本思想是：(1)含非裂纹型焊接缺陷的构件在疲劳载荷的作用下，疲劳裂纹萌生于构件应力集中系数最大的部位，该部位对应的缺陷成为主疲劳源，疲劳裂纹从主疲劳源萌生并扩展，直至构件断裂。

7、(2)作为主疲劳源的缺陷，对构件的疲劳破坏起主要作用，其余缺陷对构件的疲劳破坏所起的作用较小。即焊接结构中某一缺陷一旦萌生为裂纹，进入裂纹的亚临界扩展阶段，此裂纹优先扩展，其它缺陷变得相对安全。以图2所示试验断口为例，图2a所示平面与最大主应力垂直。为了作深人分析，将图2a中的主疲劳源及其周围的勾线重绘于图2b。缺陷x，周围各点的应力集中系数不同，把缺陷x．近似看作一个椭球体，应力集中系数最大值出现在椭球体的短轴方向。因此，疲劳裂纹首先萌生于缺陷x，的短轴方向。作为主疲劳源的缺陷x．，对构件疲劳

8、破坏起主要作用。缺陷X：，x，不能成为主疲劳源，对构件的疲劳破坏所起作用很小。缺陷x，一旦萌生为裂纹，进入裂纹的亚临界扩展阶段，此裂纹优先扩展，其它缺陷x：，墨变得相对安全。3焊接缺陷的综合评判模糊集理论将客观事物的渐变过程用取值为o～1的隶属函数来表示，为解决模糊不确定性问题提供了有力的工具。3．1描述缺陷危害程度的特征参量Ⅳ(x)构件中全体焊接缺陷的集合，记为论域x，将x中的某个焊接缺陷用x，表示，污1，⋯，m，m是构件焊接缺陷的总数，x={艽1I．一，‰}。将x上的子集记作4，设A是由对构

9、件危害程度严重的焊接缺陷组成的集合，是x上的一个模糊子集。将置对／4的隶属函数记为p。(x：)，则∥。(置)表示缺陷x。对构件的危害程度，0≤胁(五)≤l，脚(置)越大，表示缺陷x，对于构件的危害程度越严重。构件中m个肛。(x；)的某种特定组合，表示构件中全体焊接缺陷对于构件的危害程度。将这种特定组合记作卢(x)，则肛(x)可以视为描述一个构件中全体焊接缺陷对于构件的危害程度的特征参量，即严(x)=／~{卢A(x。)}，i=1，⋯，m厂表示某种特定组合(下述)。下面先讨论脚(置)，再讨论厂{胁(