【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高强钢交叉焊接结构评价技术，更具体地说，涉及一种动载高强钢交叉焊接结构疲劳行为评价方法。
技术介绍
1、在很多重要的工业结构中，焊接接头往往成为服役过程中最薄弱环节，特别是服役于动载场合的焊接结构件，即使低于材料和结构屈服强度的交变疲劳载荷在焊缝两侧焊趾位置引起强烈的应力集中，再加上焊接结构微观上固有的不连续性，焊接接头疲劳失效是结构失效的主要形式。由于疲劳裂纹的萌生、扩展和断裂造成的焊接结构件早期疲劳失效成为制约结构件安全服役的重要因素，相关研究与评价也引起了业界普遍高度重视。
2、焊接过程是一个非平衡凝固与固态相变过程，必然产生宏观或微观层面的不连续或突变，在交变载荷作用下往往发展为初始疲劳裂纹源，特别是表面焊趾部位的微观缺陷，无需裂纹萌生直接进入扩展阶段。同时，焊接过程产生的残余拉应力、焊趾几何形状因素、微观缺陷等服役过程中产生的应力集中促进了初始疲劳裂纹的扩展，导致焊接结构疲劳强度和疲劳寿命降低。针对焊接接头或结构的疲劳行为评价，gb/t 3075-2008金属材料疲劳试验轴向力控制方法，是行业内通用试验标准，但其具有很大的局限性。首先，该标准主要针对均匀的金属母材，如果基于该标准在保留焊缝余高情况下进行接头疲劳性能评价，将增加评价结果的保守度，并不能真实反映高强钢焊接结构实际的疲劳行为。其次，服役于动载场合的高强钢焊接结构往往包括多种焊缝型式并产生交叉，既包括常见的对接焊缝，又经常存在角接焊缝和搭接焊缝，不同接头型式残余应力场非线性叠加后，将在结构中造成复杂的残余应力状态，对动载结构早期疲劳失
3、当前，现有技术中也有针对高强钢焊接结构疲劳性能评价的相关研究。比如：申请号cn201710025468.x公开了一种轨道交通车体焊接结构疲劳测试方法，其将实际的车体结构分体两端分别进行刚性和弹性固定在疲劳试验机上，形成测试组合体，并使焊接结构实际受力中心线与疲劳加载应力轴线重合，采用数值模拟得出的载荷值进行加载。这种使用实际结构件进行疲劳评价的方法，固然能够比较准确的得出实体结构模拟服役工况下疲劳性能，但操作复杂、成本高、周期相对也比较长。申请号cn201510963648.3公开了一种十字焊接接头疲劳试件，通过加工的一体成型的基体上进行一道角焊缝焊接，在疲劳加载后监测疲劳裂纹情况，但其不涉及与正向承载对接接头交叉耦合后的疲劳行为评价。申请号cn201611035960.7公开了一种测量焊接板件垂直于焊缝方向本征疲劳裂纹扩展速率的方法，该技术应用固体力学理论，通过计算残余应力应力场强度因子以及残余应力场叠加，得到不同裂纹长度下需要施加的外部载荷，从而测定给定条件下焊缝材料本征疲劳裂纹扩展速率，没有涉及基于累计损伤原则的高周疲劳评价。申请号cn201611076258.5公开了一种板状焊接构件疲劳试样的制备方法和应用，通过在焊接构件上粘贴应变片并逐条切割观测焊接残余应力变化的方法，得到保留残余应力的疲劳试样最小宽度和完全释放残余应力的最大宽度，能够反映焊接残余应力对接头疲劳的影响，但是，该方法不考虑不同焊缝种类交互作用后结构整体疲劳问题。
4、鉴于此，亟待开发一种操作简单、实施方便、成本低廉的适合高强钢交叉焊接接头疲劳行为的评价方法，既能够比较准确客观的反映对接与角接焊缝复杂的焊接残余应力状态对整体结构疲劳行为的影响，又能够简易快速实施，间接评价动载场合高强钢箱体结构交叉焊接接头疲劳行为。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的上述缺陷，本专利技术的目的是提供一种动载高强钢交叉焊接结构疲劳行为评价方法，考虑了服役于动载场合的高强钢中对接焊缝与角接焊缝相互作用后造成了复杂的残余应力状态，以及对服役过程中结构整体疲劳行为产生重大影响的实际情况，并通过疲劳试样模型与尺寸设计、交叉焊接接头设计与制作、疲劳行为评价试验过程控制等，从而能够比较准确的模拟实际存在交叉焊接结构中复杂的残余应力状态，实现对服役于动载场合的高强钢箱体结构疲劳行为的间接评价。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术提供了一种动载高强钢交叉焊接结构疲劳行为评价方法，包括以下步骤：
4、s1,疲劳试样设计，高强钢交叉焊接结构疲劳试样具有相互垂直的对接焊缝和堆焊缝，所述疲劳试样的宽度w与疲劳试样厚度b满足下式：w＝(8～12)×b+2×fd，式中，w为疲劳试样的宽度，单位为mm，b为疲劳试样的厚度，单位为mm，fd为疲劳试样上堆焊缝的宽度，单位为mm；所述疲劳试样的长度l满足下式：l＝(2.5～3)×w，式中，l为疲劳试样的长度，单位为mm，w为疲劳试样的宽度，单位为mm；
5、s2，平滑化处理，所述疲劳试样上对接焊缝和堆焊缝的交叉焊接区域经平滑化处理得到平滑化区域；
6、s3，疲劳行为评价试验，步骤s2处理后的疲劳试样通过加载正弦波载荷进行疲劳行为评价试验，并获得高强钢交叉焊接结构的条件疲劳寿命，完成对高强钢交叉焊接结构的疲劳行为评价。
7、优选地，所述步骤s1中，所述疲劳试样尺寸通过有限元模拟计算获得。
8、优选地，所述步骤s1中，所述疲劳试样设有试验区和夹持区，所述试验区的长度lv为200～300mm，所述试验区的宽度wv为70～130mm，所述夹持区内定位孔的半径r为6～10mm。
9、优选地，所述步骤s1中，所述疲劳试样堆焊缝的焊缝宽度fd与所述疲劳试样对接焊缝的焊缝宽度的差值不超过10mm。
10、优选地，所述步骤s1中，所述疲劳试样上交叉焊接结构的制作包括对接焊缝的制作、堆焊缝的制作、焊接质量检测；
11、所述堆焊缝的制作过程中，完成对接焊缝制作后，在疲劳试样的待堆焊位置上加工弧形凹槽，所述弧形凹槽的深度d为1～5mm，所述弧形凹槽的宽度wd为8～15mm；
12、所述疲劳试样待进行疲劳测试的两侧面的粗糙度ra不超过12.5。
13、优选地，所述步骤s2中，
14、所述平滑化区域为矩形，所述平滑化区域边界与所述对接焊缝和堆焊缝边界的相对距离满足下式：
15、g1＝g2＝(0.6～0.8)×b
16、式中，g1为平滑化区域垂直方向的边界与所述对接焊缝边界的相对距离，单位为mm；
17、g2为平滑化区域水平方向的边界与所述堆焊缝边界的相对距离，单位为mm；
18、b为疲劳试样的厚度，单位为mm；
19、所述平滑化区域表面的粗糙度ra不超过12.5。
20、优选地，所述步骤s3中，所述正弦波载荷的应力比为0.1，加载频率为5～15hz。
21、优选地，所述步骤s3中，所述疲劳行为评价试验过程中，采用加载过程中最大位移作为失效判定参数，当所述最大位移增加20％时，所述疲劳试样失效，此时对应的循环次数为所述高强钢交叉焊接结构的条件疲劳寿命。
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【技术保护点】
1.一种动载高强钢交叉焊接结构疲劳行为评价方法，其特征在于,包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的动载高强钢交叉焊接结构疲劳行为评价方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述疲劳试样的尺寸通过有限元模拟计算获得。
3.根据权利要求1所述的动载高强钢交叉焊接结构疲劳行为评价方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述疲劳试样设有试验区和夹持区，所述试验区的长度Lv为200～300mm，所述试验区的宽度Wv为70～130mm，所述夹持区内定位孔的半径R为6～10mm。
4.根据权利要求1所述的动载高强钢交叉焊接结构疲劳行为评价方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述疲劳试样堆焊缝的焊缝宽度Fd与所述疲劳试样对接焊缝的焊缝宽度的差值不超过10mm。
5.根据权利要求4所述的动载高强钢交叉焊接结构疲劳行为评价方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述疲劳试样上交叉焊接结构的制作包括对接焊缝的制作、堆焊缝的制作、焊接质量检测；
6.根据权利要求1所述的动载高强钢交叉焊接结构疲劳行为评价方法，其特征在于，所述步骤S2中，
7.根据权利
8.根据权利要求1所述的动载高强钢交叉焊接结构疲劳行为评价方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述疲劳行为评价试验过程中，采用加载过程中最大位移作为失效判定参数，当所述最大位移增加20％时，所述疲劳试样失效，此时对应的循环次数为所述高强钢交叉焊接结构的条件疲劳寿命。
9.根据权利要求8所述的动载高强钢交叉焊接结构疲劳行为评价方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述高强钢交叉焊接结构的疲劳行为评价遵循以下原则：
10.根据权利要求9所述的动载高强钢交叉焊接结构疲劳行为评价方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述条件疲劳寿命偏差率dR通过下式计算：
...【技术特征摘要】
1.一种动载高强钢交叉焊接结构疲劳行为评价方法，其特征在于,包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的动载高强钢交叉焊接结构疲劳行为评价方法，其特征在于：所述步骤s1中，所述疲劳试样的尺寸通过有限元模拟计算获得。
3.根据权利要求1所述的动载高强钢交叉焊接结构疲劳行为评价方法，其特征在于：所述步骤s1中，所述疲劳试样设有试验区和夹持区，所述试验区的长度lv为200～300mm，所述试验区的宽度wv为70～130mm，所述夹持区内定位孔的半径r为6～10mm。
4.根据权利要求1所述的动载高强钢交叉焊接结构疲劳行为评价方法，其特征在于：所述步骤s1中，所述疲劳试样堆焊缝的焊缝宽度fd与所述疲劳试样对接焊缝的焊缝宽度的差值不超过10mm。
5.根据权利要求4所述的动载高强钢交叉焊接结构疲劳行为评价方法，其特征在于：所述步骤s1中，所述疲劳试样上交叉焊接结构的制作包括对接焊缝的制作、堆焊缝的制作、焊接质量...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘硕，
申请(专利权)人：宝山钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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