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EH36和EH690异种钢焊接接头疲劳裂纹扩展行为研究
1
作者 郭世豪 高旭东 邵永波 《机械强度》 北大核心 2026年第1期63-71,共9页
【目的】EH36和EH690高强钢在海洋平台结构中应用广泛,但其异种钢焊接接头抗疲劳能力较差、易引发疲劳断裂破坏,针对该焊接接头在不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为及寿命特性展开研究,为海洋钢结构的抗疲劳设计及安全性评估提供理论依据... 【目的】EH36和EH690高强钢在海洋平台结构中应用广泛,但其异种钢焊接接头抗疲劳能力较差、易引发疲劳断裂破坏,针对该焊接接头在不同应力比下的疲劳裂纹扩展行为及寿命特性展开研究,为海洋钢结构的抗疲劳设计及安全性评估提供理论依据。【方法】首先,采用熔化极气体保护焊工艺制备EH36和EH690异种钢焊接接头,并加工标准紧凑拉伸试件。其次,针对焊缝、热影响区及EH36母材,在三级应力比(R=0.1、0.3、0.5)下分别开展疲劳裂纹扩展试验。再次,基于试验数据计算不同工况下的疲劳裂纹扩展速率,并采用Paris公式拟合获取材料常数C、m。最后,结合扫描电子显微镜对疲劳断口微观形貌进行特征分析。【结果】结果表明,在裂纹长度扩展距离相同时,疲劳循环周次随材料屈服强度的增加而增大;热影响区存在的焊接残余拉应力提高了循环应力中的平均应力水平,从而增大了疲劳裂纹扩展速率,降低了构件疲劳寿命;断口表面呈准解理断裂特征。 展开更多
关键词 EH36钢 EH690钢 应力比 疲劳裂纹扩展 微观形貌
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基于互信息特征选择和递归特征消除的钢材疲劳强度预测
2
作者 姚磊 黎振 +2 位作者 武川 孟亚飞 王孟超 《机械强度》 北大核心 2026年第1期72-78,共7页
【目的】为了解决疲劳强度预测中由于数据量不足和高维数据而引起的挑战,提出一种互信息特征选择和递归特征消除(Mutual Information Feature Selection and Recursive Feature Elimination,MIFS-RFE)相结合的方法。【方法】首先,采用M... 【目的】为了解决疲劳强度预测中由于数据量不足和高维数据而引起的挑战,提出一种互信息特征选择和递归特征消除(Mutual Information Feature Selection and Recursive Feature Elimination,MIFS-RFE)相结合的方法。【方法】首先,采用MIFS识别对模型预测最关键的特征。其次,在RFE阶段重点处理剩余特征,通过系统迭代过程选择最具信息量的特征,确保最终特征子集能够准确地支持疲劳强度预测。最后,将经过特征选择和消除处理得到的最终特征子集输入到随机森林回归(Random Forest Regression,RFR)、K最近邻回归(K Nearest Neighbor Regression,KNN)、支持向量回归(Support Vector Regression,SVR)和多层感知机(Multi-Layer Perceptron,MLP)模型中,综合分析各模型的预测性能。【结果】经过优化后,特征数据从原始的25维降到了13维。在测试过程中,RFR、KNN、SVR和MLP的决定系数R^(2)分别为0.9777、0.9725、0.9613和0.9766。相较于全部特征的测试结果,所提方法使得模型的R^(2)最大提升了0.0208。最后基于模型的Shapley加法解释(Shapley Additive Explanation,SHAP)值分析最优特征的影响性,验证了MIFS-RFE方法的有效性,说明所提方法在维持相对高性能的同时成功降低了特征维度,为疲劳强度预测提供了更有效的优化方案。 展开更多
关键词 疲劳强度 互信息特征选择 递归特征消除 机器学习 最优特征子集
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316钢焊接接头高温低周疲劳失效特性和疲劳强度衰减系数
3
作者 徐连勇 李新雨 +4 位作者 赵雷 宋恺 宋燚明 韩永典 郝康达 《焊接学报》 北大核心 2025年第11期10-19,共10页
针对316钢高温焊接部件疲劳性能下降问题,从材料级和结构级两方面对高温疲劳性能以及疲劳衰减系数进行系统研究.在450℃下,对316钢焊接接头的母材、焊缝金属以及焊接接头试样进行了低周疲劳试验.结果表明,在0.5%~1.0%总应变范围下,焊接... 针对316钢高温焊接部件疲劳性能下降问题,从材料级和结构级两方面对高温疲劳性能以及疲劳衰减系数进行系统研究.在450℃下,对316钢焊接接头的母材、焊缝金属以及焊接接头试样进行了低周疲劳试验.结果表明,在0.5%~1.0%总应变范围下,焊接接头的循环应力响应最高,其次是焊缝,母材最低;依据母材与焊接接头之间疲劳寿命的差异,计算特定循环次数母材和焊接接头总应变范围之比,给出了450℃316钢焊接接头的疲劳强度衰减系数建议值;基于混合随动硬化模型和改进的损伤模型,准确预测了316钢焊接接头的疲劳行为;提出了一种分析焊接结构疲劳强度衰减系数的理论框架,揭示了几何特征因素对焊接结构疲劳衰减系数的影响. 展开更多
关键词 316钢 低周疲劳 疲劳强度衰减系数 损伤模型
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不同焊接细节焊材的等效S-N曲线确定
4
作者 刘晖 林琪灵 +2 位作者 郭佳凡 刘国雄 许丹 《焊接学报》 北大核心 2025年第10期44-51,共8页
焊接结构中不同类型焊接细节导致的不同程度应力集中,是结构疲劳破坏的主要原因.为分析不同焊接细节结构的疲劳,需获得不同焊接细节焊材的疲劳寿命曲线.文中首先通过分析焊接细节几何尺寸和材料属性对焊材疲劳寿命的影响机制,确定应力... 焊接结构中不同类型焊接细节导致的不同程度应力集中,是结构疲劳破坏的主要原因.为分析不同焊接细节结构的疲劳,需获得不同焊接细节焊材的疲劳寿命曲线.文中首先通过分析焊接细节几何尺寸和材料属性对焊材疲劳寿命的影响机制,确定应力集中系数和应力变化梯度来量化焊接细节对焊材疲劳寿命的影响,分析了应力集中系数相同的不同类型焊接细节的应力变化梯度,从而获得了微孔洞缺陷与其他焊接细节的应力变化梯度差,并据此计算了应力集中系数修正因子.将不同焊接细节等效成修正后应力集中系数对应的微孔洞缺陷,进而通过微孔洞缺陷焊材的S-N曲线来等效确定所有不同焊接细节焊材的S-N曲线,最后采用高温陶瓷模拟焊接细节中的夹渣焊接细节制作钢管焊接试件进行单轴高周疲劳试验,验证采用不同焊接细节等效成微孔洞缺陷确定焊材S-N曲线方法的可行性. 展开更多
关键词 焊接细节 S-N曲线 应力集中系数 应力变化梯度 等效原则
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EH36 钢变幅疲劳载荷下裂纹扩展行为和机理研究
5
作者 徐连勇 黄金超 赵雷 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 北大核心 2025年第6期567-575,共9页
针对海洋平台服役过程中时常遭遇到随机海况和复杂载荷作用的情况,设计对海洋平台用钢EH36钢进行变幅疲劳载荷下疲劳裂纹扩展行为试验,研究了变幅疲劳载荷作用下EH36钢疲劳裂纹扩展行为和机理.采用柔度法测量变幅疲劳载荷作用下的裂纹... 针对海洋平台服役过程中时常遭遇到随机海况和复杂载荷作用的情况,设计对海洋平台用钢EH36钢进行变幅疲劳载荷下疲劳裂纹扩展行为试验,研究了变幅疲劳载荷作用下EH36钢疲劳裂纹扩展行为和机理.采用柔度法测量变幅疲劳载荷作用下的裂纹扩展速率,并用数字图像相关(DIC)分析了变幅疲劳载荷施加前后裂纹尖端塑性区尺寸变化.采用SEM分析了不同形式变幅载荷作用区域的断口形貌特征,用裂纹尖端塑性区尺寸变化和对应断口形貌特征解释了变幅疲劳载荷作用下的裂纹扩展行为和内在机理.结果表明:单次拉伸过载能降低疲劳裂纹扩展速率,延长疲劳寿命;单次压缩过载能短暂加速疲劳裂纹扩展速率,对疲劳寿命影响不大;不同顺序拉伸和压缩过载与单次拉伸过载现象保持一致,均能降低疲劳裂纹扩展速率,延长疲劳寿命,但拉压过载的先后施加顺序会显著影响疲劳裂纹扩展的迟滞效应.分析结果表明:拉伸过载过程增大裂纹尖端塑性区,并钝化裂纹尖端,从而使疲劳裂纹扩展速率降低;压缩过载过程减小裂纹尖端塑性区,并使裂纹尖端尖锐,从而使疲劳裂纹扩展速率加速;不同顺序拉伸和压缩过载是两种作用效果的结合.试验结果能很好地描述变幅疲劳载荷下的裂纹扩展行为并给出内在机理解释,为海洋平台在复杂载荷环境下服役所造成的疲劳损伤提供理论依据和实用价值. 展开更多
关键词 疲劳裂纹扩展速率 变幅疲劳载荷 数字图像相关 塑性区 断口分析
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基于DIC的焊接结构疲劳评估方法研究
6
作者 方吉 张保明 +1 位作者 李向伟 董华军 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第12期5554-5564,共11页
焊接结构因几何不连续和载荷方向变化,易在焊缝区域形成应力集中,显著影响其疲劳寿命。传统电阻应变片在焊缝附近贴附困难,且难以测量真实的局部应变分布,仅能通过插值近似估算,应力集中的识别与寿命预测准确性受限。为此,提出一种融合... 焊接结构因几何不连续和载荷方向变化,易在焊缝区域形成应力集中,显著影响其疲劳寿命。传统电阻应变片在焊缝附近贴附困难,且难以测量真实的局部应变分布,仅能通过插值近似估算,应力集中的识别与寿命预测准确性受限。为此,提出一种融合数字图像相关法(digital image correlation,DIC)与结构应变法的新型疲劳评估方法。该方法基于DIC技术获取表面全场应变,结合弹塑性理论与材料本构关系,构建法向等效结构应变,统一采用主E-N曲线进行疲劳寿命预测,具备材料无关性与接头类型普适性。针对实际工程中常见的不规则焊缝构型,构建了基于局部坐标系的应变投影数学模型,通过方向余弦矩阵将全场应变张量投影至焊缝法向方向,用于统一提取复杂焊缝路径下的结构应变。为提高应变提取质量,提出混合滤波策略,通过中值滤波抑制脉冲噪声,高斯滤波抑制高频干扰,从而提高信噪比和图像匹配精度。以T4003钢搭接接头为研究对象,开展DIC测量、有限元模拟与疲劳试验对比验证。在35 kN与45 kN加载条件下,DIC测得的结构应变与拉伸试验误差少于4%,与有限元结构应变误差不超过8%。相应疲劳寿命预测误差控制在13%以内,优于有限元计算结果。研究结果表明,DIC结构应变法具备较高的应变提取精度与寿命预测能力,能够有效识别焊接结构中的高应变区域并评估其疲劳寿命,显示出良好的工程应用潜力。 展开更多
关键词 T4003钢搭接接头 DIC结构应变法 焊接结构 主E-N曲线 疲劳评估
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航空活塞发动机气缸体内喷涂TiO_(2)-CNTs涂层热疲劳寿命研究
7
作者 丁发军 刘义平 王海斌 《热加工工艺》 北大核心 2025年第21期199-205,212,共8页
航空活塞发动机气缸体内壁磨损严重影响发动机输出功率效率,甚至造成空中停车等通用航空事故征候,基于表面工程技术恢复的再制造气缸体表面性能缺乏工程验证,精确全面地评估表面磨损风险可间接降低事故发生率,提升航空运行安全。基于陶... 航空活塞发动机气缸体内壁磨损严重影响发动机输出功率效率,甚至造成空中停车等通用航空事故征候,基于表面工程技术恢复的再制造气缸体表面性能缺乏工程验证,精确全面地评估表面磨损风险可间接降低事故发生率,提升航空运行安全。基于陶瓷相涂层的粘弹性本构模型与氧化增重模型和CrMo合金变形本构模型建立TiO_(2)-CNTs与42CrMo合金层面结合的热疲劳寿命模型。仿真研究表明:涂层剪切应力、等效应力以及中间弹性主应变、热应变随航空活塞发动机巡航工况下的行程变化而变化;三维缸体-涂层仿真模型承受0.2 MPa的径向载荷和变化缸内压力(最大38936 N)时,疲劳寿命保持在3.94×10^(8) h,安全系数为0.725。在敏感性为0.5时,疲劳寿命达到3.0×10^(9) h,疲劳敏感系数为1.5时,可用寿命就只有5.0×10^(8) h。该模型可较为准确的评估结合体的热应力、热应变以及热疲劳寿命,对TiO_(2)-CNTs涂层的工程应用具有指导意义。 展开更多
关键词 航空活塞发动机 气缸体 涂层 疲劳寿命
原文传递
钢/铝爆炸焊焊接接头疲劳分析
8
作者 吴轶钢 陈勇 +2 位作者 李亚 徐双喜 谌伟 《焊接》 2025年第11期45-51,共7页
【目的】在船舶与海洋工程领域,为达到节能减排的目的,提高工程结构的耐久性、降低结构的重量以及生产和运营成本,需要使用到异种材料。以钢/铝型为代表的爆炸焊接过渡接头是船舶工业中应用最多的一种,常采用铝合金作为上层建筑材料,钢... 【目的】在船舶与海洋工程领域,为达到节能减排的目的,提高工程结构的耐久性、降低结构的重量以及生产和运营成本,需要使用到异种材料。以钢/铝型为代表的爆炸焊接过渡接头是船舶工业中应用最多的一种,常采用铝合金作为上层建筑材料,钢材作为主船体材料。【方法】利用Patran软件建立了三维非线性有限元模型,对焊接接头试件进行数值模拟,为研究钢/铝过渡接头的疲劳性能进行疲劳拉伸试验,基于名义应力法和热点应力法得到钢/铝过渡接头的名义应力S-N曲线和热点应力S-N曲线,并与规范给出的抗疲劳曲线进行比较。【结果】基于名义应力法,规范推荐的铝合金T形焊接接头的寿命比实际焊接接头试样的寿命偏小;基于热点应力法,规范推荐的铝质十字形焊接接头在热点应力超过76.80 MPa时寿命比实际焊接接头试样的寿命偏大,在热点应力低于76.80 MPa时,寿命比实际焊接接头试样的寿命偏短。【结论】因此,过渡接头对焊接接头试样的疲劳寿命有一定影响。运用断裂力学方法得到裂纹扩展速率,主要根据材料结构和裂纹的几何尺寸、外载荷的形式和大小,计算出裂纹的应力强度因子,基于Paris公式,得到裂纹扩展模型,用于指导焊接接头试样中过渡接头界面裂纹扩展分析。 展开更多
关键词 钢/铝过渡接头 爆炸焊 疲劳性能 热点应力 断裂力学
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基于应力平均法的钛合金薄板结构疲劳评估方法
9
作者 徐双喜 刘铮夫 +2 位作者 陈高澎 谌伟 吴轶钢 《焊接》 2025年第8期22-28,35,共8页
【目的】通过设计TA23钛合金薄板母材和3种焊接接头(对接、T形、十字形)的测试试样,开展系列试验,旨在获取名义应力S-N曲线,得到各焊接接头疲劳强度。【方法】通过试验数据和Neuber应力平均法确定了TA23钛合金焊接接头的微观结构长度,... 【目的】通过设计TA23钛合金薄板母材和3种焊接接头(对接、T形、十字形)的测试试样,开展系列试验,旨在获取名义应力S-N曲线,得到各焊接接头疲劳强度。【方法】通过试验数据和Neuber应力平均法确定了TA23钛合金焊接接头的微观结构长度,可以用于有效应力和虚拟缺口半径计算,该虚拟半径可作为TA23钛合金焊接接头的参考半径。考虑虚拟半径的影响,建立有限元模型,获取各类典型焊接接头缺口处应力梯度。【结果】采用Neuber应力平均法,基于试验数据和应力梯度计算得到缺口有效应力,定义分散带指数,获取S-N曲线分散带指数随微观结构长度变化的曲线,结果表明,微观结构长度取0.08 mm时,分散带指数最小。【结论】基于该微观结构长度所得到的虚拟缺口半径,可以为钛合金薄板焊接结构的缺口应力评估提供参考。 展开更多
关键词 钛合金薄板结构 应力平均法 缺口有效应力 虚拟半径 分散带指数
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6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头的疲劳性能分析 被引量：3
10
作者 周海鹏 邢松龄 +2 位作者 韩赞东 王旭东 沈旭奎 《热加工工艺》 北大核心 2025年第3期35-40,共6页
搅拌摩擦焊(FSW)接头的疲劳性能是保证其结构可靠性的关键因素,可用应力-寿命曲线(S-N曲线)表征,对于不同焊接条件的FSW接头均需要单独测定S-N曲线。针对6005A-T6铝合金的FSW试件,通过焊接试件的疲劳试验分析FSW接头的疲劳性能,估计了... 搅拌摩擦焊(FSW)接头的疲劳性能是保证其结构可靠性的关键因素,可用应力-寿命曲线(S-N曲线)表征,对于不同焊接条件的FSW接头均需要单独测定S-N曲线。针对6005A-T6铝合金的FSW试件,通过焊接试件的疲劳试验分析FSW接头的疲劳性能,估计了不同存活率下的S-N曲线。此外,分析了厚度对FSW接头疲劳性能的影响,对比了8 mm和16 mm两种厚度的焊接试件。结果表明,在95%置信度下,95%以上存活率的S-N曲线可用于指导抗疲劳设计。厚度对长寿命区的极限疲劳强度影响较小,不同厚度FSW接头的S-N曲线特征有所区别,与8 mm厚度的FSW接头相比,16 mm厚的接头在高应力水平下的疲劳寿命更长,S-N曲线更为陡峭。 展开更多
关键词 搅拌摩擦焊 疲劳性能 应力-寿命曲线
原文传递
基于随机振动和温度循环寿命预测的BGA焊点尺寸优化 被引量：1
11
作者 陈亚军 肖泽文 王文平 《中国测试》 北大核心 2025年第5期162-169,共8页
为从工艺优化角度提高常用无铅钎料Sn3.0Ag0.5Cu球栅阵列(ball grid array,BGA)封装芯片承受随机振动和温度循环载荷的能力,使用ANSYS有限元软件分别建立不同焊球高度与直径的BGA封装三维模型,并基于Anand粘塑性本构模型,进行-40~85℃... 为从工艺优化角度提高常用无铅钎料Sn3.0Ag0.5Cu球栅阵列(ball grid array,BGA)封装芯片承受随机振动和温度循环载荷的能力,使用ANSYS有限元软件分别建立不同焊球高度与直径的BGA封装三维模型,并基于Anand粘塑性本构模型,进行-40~85℃温度循环仿真模拟,并结合Darveaux疲劳寿命预测模型计算不同焊球尺寸下的温度循环损伤;以及输入ISO 16750-3中对于车载器件的随机振动功率谱密度,并使用Steinberg疲劳寿命预测模型计算随机振动损伤。再分别使用线性损伤叠加(linear damage superposition approach,LDSA)以及递增损伤叠加(incremental damage superposition approach,IDSA)方法进行耦合损伤寿命预测。结果表明,BGA封装角落焊点与PCB板相接触的位置通常为结构应力、应变最大位置,最容易发生失效,低焊球高度、大焊球直径的BGA封装器件随机振动寿命更长;焊球高度越高、焊球直径越大的BGA封装器件温度循环寿命更长。依据IDSA方法对两种载荷下的损伤叠加后,最优设计为焊球高度0.30 mm,焊球直径0.60 mm。 展开更多
关键词 球栅阵列 有限元仿真 随机振动 温度循环 递增损伤叠加
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IMC厚度对混装焊点热疲劳寿命的影响研究 被引量：1
12
作者 冉光龙 王波 +2 位作者 黄伟 龚雨兵 潘开林 《电子与封装》 2025年第1期18-23,共6页
焊点的疲劳寿命成为衡量其长期可靠性的关键指标。金属间化合物(IMC)厚度对焊点的疲劳寿命有着显著影响。研究IMC厚度对热循环条件下混装焊点疲劳寿命的影响,结果表明,随着IMC厚度的增加,焊点的热疲劳寿命不断降低。此外,焊点中应力和... 焊点的疲劳寿命成为衡量其长期可靠性的关键指标。金属间化合物(IMC)厚度对焊点的疲劳寿命有着显著影响。研究IMC厚度对热循环条件下混装焊点疲劳寿命的影响,结果表明,随着IMC厚度的增加,焊点的热疲劳寿命不断降低。此外,焊点中应力和应变的分布受IMC厚度的影响较小,但其数值随着IMC厚度的增加而增加。同时,塑性应变也随着IMC厚度的增加而增加。基于Coffin-Manson模型得到混装焊点的热疲劳寿命与IMC厚度之间存在对数关系。 展开更多
关键词 混装焊点 金属间化合物 热循环 疲劳寿命
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6005铝合金激光−MIG复合焊接接头裂纹扩展行为
13
作者 吕可 杨冰 +3 位作者 王栓程 肖守讷 阳光武 朱涛 《焊接学报》 北大核心 2025年第4期82-93,共12页
开展了6005A-T6铝合金激光–MIG复合焊接接头裂纹的疲劳裂纹扩展行为研究,并结合数字图像相关技术(digital image correlation,DIC)获取试验过程中的裂纹尖端局部位移场,进而研究接头和母材裂纹闭合效应的差异.结果表明,激光–MIG复合... 开展了6005A-T6铝合金激光–MIG复合焊接接头裂纹的疲劳裂纹扩展行为研究,并结合数字图像相关技术(digital image correlation,DIC)获取试验过程中的裂纹尖端局部位移场,进而研究接头和母材裂纹闭合效应的差异.结果表明,激光–MIG复合焊接焊缝试样与母材试样的疲劳裂纹扩展速率相近,但后期扩展更快,而热影响区试样的扩展速率明显偏低.基于4%柔度偏移值确定裂纹展开力,所有试样均符合裂纹闭合因子U随裂纹扩展而逐渐增大的整体规律,但焊缝裂纹闭合程度先降低后逐渐升高到母材水平,而热影响区裂纹闭合程度则前期略低于母材,后期超过母材,且未出现明显收敛趋势.根据Elber公式对裂纹扩展数据进行修正以消除裂纹闭合对扩展速率的影响,修正前后裂纹扩展数据分散性并未得到明显改善,表明仅考虑裂纹闭合效应仍不能对接头疲劳裂纹扩展行为进行准确描述. 展开更多
关键词 6005A-T6铝合金 激光–MIG复合焊接 数字图像相关 裂纹扩展速率 闭合效应
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角接接头疲劳失效机理分析及寿命预测方法
14
作者 翁硕 周晓洋 +3 位作者 罗陵华 袁奕雯 冯金芝 邵珊珊 《焊接学报》 北大核心 2025年第7期23-31,共9页
对Q345钢单边焊角接接头进行压弯疲劳性能测试,通过不同应力水平下的加载试验,获取其疲劳寿命数据,分析疲劳裂纹萌生与扩展行为,揭示了接头在循环载荷作用下的失效机理.结果表明,随着应力水平的增加,焊接接头的疲劳失效位置由焊根处逐... 对Q345钢单边焊角接接头进行压弯疲劳性能测试,通过不同应力水平下的加载试验,获取其疲劳寿命数据,分析疲劳裂纹萌生与扩展行为,揭示了接头在循环载荷作用下的失效机理.结果表明,随着应力水平的增加,焊接接头的疲劳失效位置由焊根处逐渐转移至焊趾区域,表现出明显的失效位置迁移现象.进一步的微观组织分析发现,失效位置迁移现象主要受材料局部强度差异及焊缝微观缺陷等因素引起的应力集中分布变化影响.为实现对角接接头疲劳寿命的合理评估,基于试验结果,分别采用缺口应力法与结构应力法进行寿命预测和对比分析.结果显示,结构应力法在不同应力水平下均具有较好的预测精度,预测疲劳寿命数据均落于二倍寿命分布带范围内,优于缺口应力法,验证了结构应力法在焊接接头疲劳寿命评估中的适用性与可靠性. 展开更多
关键词 角接接头 结构应力法 缺口应力法 疲劳性能 寿命预测方法
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基于数据增强与机器学习的TC4焊接接头寿命预测方法研究
15
作者 胡治禹 邓海龙 +2 位作者 孔建行 李永平 于欢 《制造技术与机床》 北大核心 2025年第9期146-154,共9页
文章基于TC4钛合金焊接接头的超高周疲劳试验构建以数据增强为基础的疲劳寿命预测的机器学习模型。在应力比R'=-1的情况下对TC4焊接接头展开超高周疲劳试验,通过扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)和Image J软件对断口进... 文章基于TC4钛合金焊接接头的超高周疲劳试验构建以数据增强为基础的疲劳寿命预测的机器学习模型。在应力比R'=-1的情况下对TC4焊接接头展开超高周疲劳试验,通过扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)和Image J软件对断口进行观测或测量,结合S-N曲线获得应力幅值、疲劳寿命、缺陷位置、裂纹特征尺寸等原始数据。采用最近邻插值(nearest neighbor interpolation,NNI)和基于高斯混合模型的最近邻插值(Gaussian mixture model-based nearest neighbor interpolation,GMM-NNI)对原始数据进行数据增强后建立反馈(back propagation,BP)神经网络模型和随机森林(random forest,RF)模型,并研究不同的机器学习模型对TC4钛合金焊接接头的疲劳寿命预测性能。结果表明,TC4焊接接头的超高周疲劳以内部失效为主,这与焊接接头的制造工艺和应力比密切相关;GMM-NNI扩展的数据集可有效改善机器学习模型的预测性能;采用指标评价模型有效性,其结果是BP神经网络模型的预测精度更佳;结合数据增强方法,GMM-NNI数据集下的BP神经网络模型在预测TC4焊接接头的疲劳寿命时具有更好的泛化能力和预测精度。 展开更多
关键词 超高周疲劳 TC4焊接接头 寿命预测 数据增强 最近邻插值 高斯混合
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承载型60°斜十字全熔透焊接接头疲劳寿命评估
16
作者 孙立成 毛泓霖 +1 位作者 明驰 卫星 《焊接学报》 北大核心 2025年第1期137-144,共8页
为研究承载型60°斜十字全熔透焊接接头(oblique cruciform full-penetration welded joints,OCFWJs)局部应力分布及疲劳性能,设计3个试验模型完成3种名义应力幅水平下的疲劳试验,得到试件疲劳破坏时的循环次数.利用ABAQUS软件建立6... 为研究承载型60°斜十字全熔透焊接接头(oblique cruciform full-penetration welded joints,OCFWJs)局部应力分布及疲劳性能,设计3个试验模型完成3种名义应力幅水平下的疲劳试验,得到试件疲劳破坏时的循环次数.利用ABAQUS软件建立60°OCFWJs有限元模型,计算得到焊趾处热点正应力、热点剪应力及等效热点应力.基于规范中的名义应力S-N曲线和热点应力S-N曲线,分别采用名义主应力法、等效热点应力法和相互作用方程方法对拉—剪联合作用下60°OCFWJs疲劳寿命进行了评估.结果表明,采用名义应力幅、名义拉应力幅或名义剪应力幅均无法对60°OCFWJs疲劳寿命进行可靠评估.依据国际焊接学会(International Institute of Welding,IIW)规范无论采用热点拉应力幅或热点剪应力幅也无法对60°OCFWJs疲劳寿命进行可靠评估.按欧洲钢结构设计规范Eurocode3相互作用方程方法预测的疲劳寿命远低于试验值,按等效热点应力方法预测的疲劳寿命与试验值符合良好. 展开更多
关键词 斜十字焊接节点 全熔透 疲劳寿命 热点应力 S-N曲线 有限元分析
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基于熵的焊接接头S-N曲线评估模型建立
17
作者 魏巍 马民泽 +2 位作者 张赫 赵兴明 杨鑫华 《焊接学报》 北大核心 2025年第8期97-103,共7页
焊接接头S-N曲线斜率与传统母材的S-N曲线斜率差异较大.基于熵在物理学和热力学上的定义引入了一种S-N曲线预测模型,该模型考虑了抗拉强度与疲劳极限两个基本参量,即认为S-N曲线存在两个水平渐近线分量.结合文献中提供的铝钢异种焊接接... 焊接接头S-N曲线斜率与传统母材的S-N曲线斜率差异较大.基于熵在物理学和热力学上的定义引入了一种S-N曲线预测模型,该模型考虑了抗拉强度与疲劳极限两个基本参量,即认为S-N曲线存在两个水平渐近线分量.结合文献中提供的铝钢异种焊接接头、S355J2N焊接接头、Ti6Al4V焊接接头疲劳寿命数据,采用所建立模型对相关试验数据进行了拟合评估.结果表明,以铝钢异种焊接接头为例,当去余高接头疲劳强度相较于焊接接头(未去余高)下降幅度相近时,其S-N曲线倾斜段斜率几乎保持不变;以S355J2N焊接接头和Ti6Al4V焊接接头为例,当不同焊接工艺下的接头抗拉强度相同时,其SN曲线倾斜段斜率取决于接头的疲劳极限;通过将该模型与传统S-N曲线评估模型进行对比,发现其与传统Basquin公式有着相似的数学形式,但由于其涵盖抗拉强度和疲劳极限两个参数,具有更丰富的物理意义. 展开更多
关键词 焊接接头 热力学熵 S-N曲线 累积损伤
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双金属复合管中L360MS管线钢焊接接头的疲劳裂纹扩展行为以及疲劳寿命预测
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作者 李洋阳 王基翔 +2 位作者 周培山 徐颖超 王斌 《机械工程材料》 北大核心 2025年第3期105-113,共9页
以NiCrMo-3合金作为焊接材料,对L360MS管线钢/N08825镍基合金双金属复合管进行多层多道对接焊,剥离N08825镍基合金覆层后测试了L360MS管线钢焊接接头的硬度和拉伸性能。参考实际运行条件,对L360MS管线钢焊接接头进行疲劳裂纹扩展试验,... 以NiCrMo-3合金作为焊接材料,对L360MS管线钢/N08825镍基合金双金属复合管进行多层多道对接焊,剥离N08825镍基合金覆层后测试了L360MS管线钢焊接接头的硬度和拉伸性能。参考实际运行条件,对L360MS管线钢焊接接头进行疲劳裂纹扩展试验,采用柔度法获得不同区域的裂纹长度-循环次数曲线,基于Paris公式研究不同区域的疲劳裂纹扩展行为,并对疲劳寿命进行预测。结果表明:拉伸试验后,接头试样在母材处断裂,焊缝呈高强匹配状态;焊缝硬度在220~250 HV,明显高于母材(170~185 HV),最高值出现在邻近熔合线焊缝区域,最低值出现在热影响区。母材、热影响区和焊缝中的疲劳裂纹主要以沿晶和穿晶方式扩展,但焊缝中疲劳裂纹扩展路径更加曲折,并伴有分叉现象,甚至出现环形裂纹。热影响区的Paris材料常数C最大,母材次之,焊缝最小,在应力比0.1下母材和热影响区的疲劳裂纹扩展速率较快,焊缝区域最慢。对材料常数C修正后,得到疲劳裂纹沿深度方向扩展的寿命预测公式,预测得到内部存在沿管体周向的半椭圆裂纹的管道热影响区的疲劳寿命最短,该区域是焊接接头疲劳性能最薄弱的区域。 展开更多
关键词 L360MS管线钢 焊接接头 疲劳裂纹扩展 疲劳寿命
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机器学习在增材制造轻合金疲劳寿命预测中的应用 被引量：2
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作者 黄西娜 王登 +1 位作者 周旌旗 李淼一 《中国有色金属学报》 北大核心 2025年第5期1549-1564,共16页
增材制造作为一种先进制造技术,被广泛用于航空航天、生物医疗、汽车制造等领域。但是,由于其快速加热和冷却的工艺特征,导致增材制造产品的力学性能和疲劳行为与传统技术制造产品存在显著差异,因此采用常规方法很难准确预测其疲劳寿命... 增材制造作为一种先进制造技术,被广泛用于航空航天、生物医疗、汽车制造等领域。但是,由于其快速加热和冷却的工艺特征,导致增材制造产品的力学性能和疲劳行为与传统技术制造产品存在显著差异,因此采用常规方法很难准确预测其疲劳寿命。机器学习凭借其高效处理高维物理量之间复杂非线性关系的能力,为预测疲劳寿命开辟了新的途径。本文在综述疲劳寿命预测常用的机器学习模型基础上,以影响疲劳寿命的不同因素作为输入参数,综合分析了机器学习在增材制造轻合金疲劳寿命预测中的应用,阐明了机器学习在精确预测疲劳寿命中所面临的挑战,提出了机器学习预测增材制造疲劳寿命的研究方向,为改善增材制造轻合金疲劳寿命提供了新思路。 展开更多
关键词 增材制造 轻合金 机器学习 缺陷 工艺参数 疲劳寿命
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基于机器学习的焊接接头疲劳寿命预测方法综述 被引量：2
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作者 魏艳娇 向清怡 《兵器材料科学与工程》 北大核心 2025年第3期183-190,共8页
焊接接头的疲劳寿命预测存在测试周期长、结果误差较大、计算效率偏低等问题,将机器学习算法引入焊接构件的疲劳寿命预测,可解决焊接过程中非线性、难计算、难建模等问题,该方法具有易实现、运行简单、速度快、自适应能力强等特点,近年... 焊接接头的疲劳寿命预测存在测试周期长、结果误差较大、计算效率偏低等问题,将机器学习算法引入焊接构件的疲劳寿命预测,可解决焊接过程中非线性、难计算、难建模等问题,该方法具有易实现、运行简单、速度快、自适应能力强等特点,近年来得到了广泛关注。本文梳理了焊接接头的传统疲劳寿命预测方法的局限性;分析了几种常见的机器学习算法模型在焊接接头疲劳寿命预测的应用;最后对该类方法的发展前景进行了展望。 展开更多
关键词 焊接接头 疲劳 寿命预测 机器学习
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