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對于平板焊接鋼結構的疲勞設計，按照傳統(tǒng)的焊接細節(jié)分類法需要嚴格確定特定接頭幾何形狀和載荷模式下的名義應力及相應疲勞抗力數(shù)據，故很大程度上影響了焊接細節(jié)分類法在工程中的應用。為了完善或替代焊接細節(jié)分類法，針對廣泛存在的結構焊趾疲勞，新發(fā)展的2種適合于有限元分析技術的表面外推熱點應力法和等效結構應力法，通過將焊趾結構應力集中考慮在應力分析之中，一方面可適應有限元強大的應力分析技術，另一方面避免了對疲勞設計S-N曲線的選擇。表面外推熱點應力法在國內相關行業(yè)的應用研究已得到普遍關注。而等效結構應力法雖然在2007版ASME鍋爐及壓力容器標準、以及API/ASME合于使用性評定標準中均推薦將其應用于焊縫疲勞分析，但至今國內尚未有技術文獻詳細介紹。有鑒于此，本文在闡述、分析等效結構應力法的基礎上將它與表面外推熱點應力法進行對比，研究分析2種方法各自存在的優(yōu)勢和局限性，以及在實際工程的結構疲勞設計中的合理應用方式。
等效結構應力法是1種新型焊接結構疲勞壽命預測技術，可廣泛應用于不同工業(yè)領域的各類形式焊接承載部件的焊趾疲勞分析，如壓力容器、管道、海上平臺、船舶、地面車輛等結構的管件及平板焊接接頭。該方法主要基于以下2項關鍵技術：①考慮焊趾部位的結構應力集中效應，應用改進線性化法或節(jié)點力法分析其結構應力(即熱點應力)，確保計算結果對有限單元類型、網格形狀及尺寸均不敏感，從而有效區(qū)分不同接頭類型的焊趾結構應力集中情形；②以結構應力為控制參數(shù)計算應力強度因子，在主要考慮焊趾缺口、結構板厚、載荷模式等因素影響的基礎上，基于斷裂力學分析確定與疲勞壽命直接相關的應力參數(shù)，導出等效結構應力轉化方程。進而將其應用于處理疲勞試驗結果數(shù)據，構建出單一通用的疲勞設計主S-N曲線，從而基于等效結構應力并結合該主S-N曲線進行焊接結構的疲勞強度評定及壽命預測。在焊趾缺口附近沿板厚方向的應力分布通常是非線性的，焊趾部位垂直于豎向假設裂紋面的實際正應力分布如圖所示。按平衡等效條件，該實際缺口的正應力可分解為沿板厚t分布的膜正應力σm、彎曲正應力σb和非線性正應力峰值σp，結構應力即定義為焊趾表面膜正應力和彎曲正應力之。若已知板厚t方向的正應力分布函數(shù)σ(x)，則結構應力σs可通過常規(guī)的線性化法確定。
在實際中通常不能應用式計算結構應力。因為焊趾前沿為幾何不連續(xù)區(qū)域，局部應力集中主要受控于自平衡的非線性應力分布，在理想有限元模型中該部位為應力奇異點，故應力分析結果對單元類型、網格形狀及網格尺寸等因素極為敏感；對于焊接結構工程分析中應用最多的板殼有限元模型，幾何不連續(xù)處單元的應力分析結果是符合板殼理論的收斂解，實際焊趾處的局部應力被強制服從板殼理論，應力在板厚方向呈線性化分布，但有別于按式計算出的結構應力。
為消除或降低結構應力分析結果對網格的敏感性，等效結構應力法建議可采用改進線性化進行計算(主要針對三維實體模型)，如圖所示。結構應力的平衡等效條件不但要在假設裂紋面A-A處滿足，還需在其臨近參考面B-B處滿足。對于結構應力沿板厚方向呈單調分布的情形，當截面A-A和B-B間表面無外力作用且可忽略慣性力時，組成結構應力的膜正應力和彎曲正應力計算。
針對改進線性化法結構應力計算，文獻—文獻進行的大量對比研究表明，在三維應力集中情況下結構應力對網格的敏感性并不能得到完全解決。文獻對這一問題的解釋是：等效結構應力法的結構應力對網格不敏感性根本上應采用節(jié)點力法實現(xiàn)，改進線性化法僅在網格尺寸可足夠準確描述分析部位幾何特征的情形下作為1種可選方法。
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