不同结构形式箱形框架疲劳寿命研究

孟大伟

摘  要：箱形框架结构在机械行业中应用广泛，不同形式框架结构对外载荷承载能力不同。以三种箱形框架为对象，分别研究其在同种载荷作用下的抗疲劳性能，并对结构的疲劳寿命进行对比分析，总结得出，3种框架结构疲劳强度依次为模型3最大，模型1次之，模型2最小。模型1的上侧焊接接头焊根处为疲劳易破坏位置，模型2的下侧焊接接头焊喉处为疲劳易破坏位置，模型3的焊接接头焊趾处为疲劳易破坏位置。该疲劳寿命分析预测方法，计算精度高，适用范围广，对复杂焊接结构的疲劳寿命预测有重要意义。

关键词：框架结构;焊接;疲劳分析

中图分类号：TG405 文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）30-0107-04

Abstract： Box frame structures are widely used in machinery industry. The external load bearing capacity of different forms of frame structure is different. Taking three kinds of box frame as the object， the anti-fatigue performance under the same load is studied respectively， and the fatigue life of the structure is compared and analyzed. It is concluded that， the fatigue strength of three kinds of frame structures is the largest in Model3， followed by Model1 and Model2. The upper weld root of Model1 is the position where it is easy to be damaged; the lower weld throat of Model2 is the position where it is easy to be damaged; and the weld toe of Model3 is the position where it is easy to be damaged. The fatigue analysis and prediction method has high calculation accuracy and wide application range， which is of great significance to the fatigue life prediction of complex welded structures.

Keywords： frame structure; welding; fatigue analysis

框架结构作为典型焊接结构，是大型承载设备的重要工作单元，对设备承载能力和工作稳定性有重要影响。焊接作为连接板材的关键技术，是引起几何不连续、材料性能突变及应力集中的原因，在外加随机载荷往复循环作用下，极易产生不可逆的疲劳破坏[1]。对于焊接结构设计，并不能仅关注结构的静强度安全设计要求，对结构件焊接接头疲劳强度的校核也应当作为整体设计的一部分[2]。

马月[3]等采用结构应力法，对起重机桁架结构的焊缝疲劳寿命进行评估。李震等[4-5]基于等效结构应力理论，利用有限元分析软件分析得到焊縫疲劳寿命云图，进而对结构的疲劳强度进行分析。

本文以Dassault相关仿真分析软件为基础，对承载性框架结构进行静载和动载有限元分析，预测结构的疲劳寿命及可能破坏的位置，目的是提出一种新的更高效的焊接结构疲劳寿命预测分析方法，保证在结构设计阶段就可对结构的疲劳强度进行校核，为焊接结构的设计和校核提供便利和参考。……