含焊接缺陷构件的疲劳可靠性评定.pdf

第29卷第1期
焊接学报
Vol 29
2 008F 1 F TRANSACTONS OF THE CHINA WELDING NSTTTUTION January 2008
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土后流动站,南京21000
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(X)。将特征参量x(K)与质量带理
论结合,做出了含缺陷构件的x-S-M-P图。运用-SMN-P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(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:TC456.9文献标识码:A文章编号:0253-360X(2008)01-0089-04
刘曦
0序言
荷谱中N,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
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,在于焊接缺陷评定屮,对于不确定性因素
难于处理。工程不确定性分为两种,随机不确定性
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,是可靠性理论的炳个分支,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
循环数N/次数
种类多,缺陷间相互干涉关系复杂,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
图1载荷谱示意图
计算,确有一定的闲难。作者初步尝试应用模糊集
Fig 1 Loading spectrum
理论对含焊接缺陷构件作疲劳可靠性评定。戴树和
教授、沈土明教授对作者进行了指导。
1含焊接缺陷枃件的疲劳试验
将焊接过程中自然形成焊接缺陷的试件,先进
(a)试验断口
行无损探伤,拍下射线照片。从疲劳试验开始,每循
环N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
初始宏
断裂,载荷谱如图1所示,其中虚线表示载荷谱波峰
观裂纹
主疲劳源1
与波谷的中间线。虽然在疲劳裂纹萌生阶段,无法
疲劳裂纹扩展前沿(勾线迹线)
在试件上留下勾线的迹线,但适当调整图1所示载
()軍绘的试验断口
图2试验断口(mm)
收稿日期:2007~01-09
Fig 2 Experiment section
万方数据
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焊接学报
第29卷
组合记作x(X),则(X)可以视为描述一个构件中
2焊接缺陷对构件疲劳强度影响的全体焊接缺陷对于构件的危害程度的特征参量,即
规律
(X)=/1x4(X1),i=1,
f表示某种特定组合(下述)。
在试验的基础上,作者对焊接缺陷对构件疲劳
下面先讨论4a(X,),再讨论fx(X1)即(X)。
强度的影响规律进行了探讨,并相应提出了一个主3.2因素集
疲劳源模型。
以含缺陷构件的疲劳强度为基准来确定因素
主疲劳源模型的基本思想是:(1)含非裂纹
集。根据主疲劳源模型,对于缺陷X,可从两个方
焊接缺陷的构件在疲劳载荷的作用下,疲劳裂纹萌面来考察,一是该缺陷自身的性质,二是与周围其它
生于构件应力集中系数最大的部位,该部位对应的缺陷的相互千涉,缺陷自身的性质可用该缺陷的种
缺陷成为主疲劳源,疲劳裂纹从主疲劳源萌生并扩类、大小、该缺陷在构件中所处的位置三个参量来描
展,直至构件断裂。(2)作为主疲劳源的缺陷,对构述,因素集可表示为
件的疲劳破坏起主要作用,其余缺陷对构件的疲劳
U={a}=1种类z1,大小2,位置3,
破坏所起的作用较小。即焊接结构中某一缺陷一?
缺陷间的相互干涉1
萌生为製纹,进入裂纹的亚临界扩展阶段,此裂纹优3.3各因素的不同水平的划分
先扩展,其它缺陷变得相对安全
按构件疲劳强度下降的顺序来划纷各因素的水
以图2所示试验断口为例,图2a所示平面与最平。以种类x1的不同水平的划分为例。按缺陷形
大主应力垂直。为了作深入分析,将图2a中的主疲状与袈纹形状的接近程度米划分缺陷种类41的水
劳源及其周围的勾线重绘于图2b。缺陷X周围各平。参考钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级的
点的应力集中系数不同,把缺陷X近似看作一个有关标准,将z1分为以下7个水平,即a1为圆形
椭球体,应力集中系数最大值出现在椭球体的短轴缺陷:12为圆形缺陷与条状缺陷的过渡状态:z413
方向。因此,疲劳裂纹首先萌生于缺陷X的短轴为条状缺陷;1为条状缺陷与末焊透、末熔合的过
方向。作为主疲劳源的缺陷X,对构件疲劳破坏起渡状态;15为末焊透、末熔合;u1。为末焊透、末熔
主要作用。缺陷X2,X3不能成为主疲劳源,对构件合与裂纹的过渡状态;1,为裂纹。类似地,因素
的疲劳破坏所起作用很小。缺陷X』ー旦萌生为裂42,3,a的水平数与因素a1的水平数相同,都各
纹,进人裂纹的亚临界扩展阶段,此裂纹优先扩展,分为7个水平,详见文献[1],缺陷X可用7种情
其它缺陷X2,K3变得相对安全。
况中的一种来描述。例如,图2中部的大缺陷X可
表示为za1s,u2,43,L46,其意义为缺陷X的种
焊接缺陷的综合评判
类是末焊透,缺陷最大尺寸与构件厚度之比约等于
1/2,位置为构件中心的深埋缺陷,周围较多的缺陷
模糊集理论将客观半物的新变过程用取值为0与缺陷x之间满足缺陷间的相互影响准则(相互
1的隶属函数来表示,为解决模糊不确定性问题
影响准则的意义详见文献[2])。
提供了有力的工具。
3.4评价集
3.1描述缺陷危害程度的特征参量u(X)
取评价集元素的个数与因素的水平数相同,即
构件中全体焊接缺陷的集合,记为论域X,将X都取为7。
中的某个焊接缺陷用X:表示,i=1,…,m,m是构
评价集为:V={v=非常严重V1,很严重
件焊接缺陷的总数,X=1x,…xn。将X上的子V2,较严重V,一般或中等严重V4,较不严重V、,很
集记作A,设A是由对构件危害程度严重的焊接缺不严重V。,非常不严重1。非常严重的意义是焊
陷组成的集合,是X上的一个模糊子集。将X对A
接缺陷对构件疲劳强度的危害程度非常严重。根据
的求属函数记为Aa、(X1),则(X)表示缺陷X对模糊集理论的创始人7adh3的思想,危害程度称为
构件的危害程度,0≤A(X1)≤1,Aa1(と)越大,表示语言变量,而非常严重是该语言变量的值,即将非常
缺陷对于构件的危害程度越严重。
严重这个值赋予危害程度这个语言变量。
构件中m个g(X1)的某种特定组合,表示构件3.5单因素评判
中全体焊接缺陷对于构件的危害程度。将这种特定
单因素评判是单独求取某一个因素1的某一
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