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焊接结构的疲劳耐久性评估软件

       随着有限元分析(FEA)被工业界广泛地应用于工程结构的设计和分析,工程师和研究人员在过去的几十年一直努力试图使用FEA来解决焊接结构的疲劳问题,但没有取得多少成功。主要原因是焊接接头中易疲劳的位置通常是焊趾或者焊跟处,而这些地方的应力由于尖锐缺口的奇点效应不能准确得到。因此,基于FEA的应力计算在这些尖锐缺口处遭受严重的网格尺寸敏感和单元类型敏感的问题,比如计算的应力会随着单元尺寸的减少而没有束缚的快速增长。这些年来提出了一些基于经验的FEA应力计算方法,如热点应力(通过表面应力外推)或人工缺口应力方法等。但是即使是对于相当简单的接头形式和载荷条件,这些方法都不能提供可靠而一致的疲劳寿命估算结果。

       本项目开发了一款焊接结构的疲劳耐久性评估软件,可以通过对焊接工艺的有效分析和优化,精确预测焊接结构的疲劳寿命,提高工业建造质量和效率。本项目组研发的网格不敏感的结构应力和主S-N曲线实现了焊接结构疲劳寿命的可预测性。该评估软件已开发了基于E-N曲线、PMDR循环计数和MLP疲劳损伤模型,可提供热棘轮、低周疲劳、高周疲劳、非比例多轴疲劳等各种复杂情况的疲劳评估,居于世界领先地位;其中,新增的主E-N曲线可适用于多种金属和合金,极大拓宽使用便利性,于2007年被美国机械师协会(ASME)的锅炉与压力容器规范正式采用,被全球50多个国家的啊暖当局规定适用于压力容器和管道系统设计,成为行业标准;并于2014年被法国船级社(世界四大海洋/船舶结构规范机构之一)采用作为“对船舶和海洋结构焊接钢板的网格不敏感方法的应用指南”。

       本项目可以共享密西根大学庞大的疲劳数据库,为激光焊接接头,搅拌摩擦焊接接头,电阻点焊接头等先进的接头处理提供方案,是工业制造4.0的重要工具。该评估软件2015年以前的版本VerityTM 由Dassault Systems公司商业化,卡特皮勒和福特汽车公司等均付费使用,VerityTM 年销售额逾千万美元。