焊接强度计算的有限元分析方法 一些思考

QustFelix

小弟看了各位网友的关于焊接计算的一些分享，我也来凑错热闹，说一下自己的理解。

对于典型的焊接强度计算，主要包含静强度和疲劳强度的计算。材料主要针对铝合金和结构钢，依据的标准主要为DVS 1612（德语，德国焊接工程师协会）, DVS 1608（德语，德国焊接工程师协会） ,DIN EN 15085，IIW 推荐计算手册等。
DVS 1612 为针对钢结构的焊接计算说明，标准中只说明了三种牌号，S235, S355。
DVS 1608针对铝合金焊接计算，包括多种基材和热影响区的强度值规定，以及纯焊剂的强度值规定。

钢结构的分析比铝焊接简单，钢结构焊接不需要考虑焊缝本身的强度的变化，铝焊接焊缝本身的强度比较低，以及热影响区的强度需要单独考虑（根据DVS 1608）。但是IIW推荐的标准中对于疲劳强度的计算并没有像DVS中那样，对不同的钢和不同的铝牌号分开来考虑。

焊接区域主要分为焊缝材质本身，热影响区和基材三个部分。DVS 推荐针对三个区域分别进行强度计算，特别是铝合金焊接的情况。钢焊接则没有提到这一点，认为焊缝和基材的强度差不多相等，或者比基材的强度跟高一些。
焊接评估的方法主要有四种，名义应力法，结构热点应力法，有效缺口应力法，和裂纹拓展的方法（断裂力学，针对有初始焊接缺陷的情况）。

我想重点讨论是名义应力法与结构热点应力法。

根据DVS 1612, DVS 1608 ,DIN EN 15085 这三个标准，名义应力的计算和单元尺寸和类型有关，建议单元尺寸为板厚的0.5倍左右，取值点为距离焊趾1～1.5倍板厚的距离。结构热点应力法同样有明确的单元大小推荐和取值的距离和插值的方法。 对于钢结构焊接，利用名义应力法和结构热点应力法，对于不同角焊缝的尺寸，a3和a5和a8，焊透的情况，以及a5不焊透的情况下，在相同的工况下，分别进行焊缝附近的应力取值。


发现利用名义应力法和结构热点应力法得到的应力值，与焊缝的尺寸没有关系，对焊透不焊透也没有影响，而且不论IIW或者是DVS均对焊缝的尺寸对强度的影响没有定义。本人才疏学浅，希望读帖的诸君也能分享经验，帮小弟解释下这个问题。

在此提前感谢。

sungy1205

正好我们也在研究这些东西：其实DVS是结合EN15085一起用，不同的焊缝形式对应的曲线是不一样。IIW,bS7608 也一样。
对于DVS1612，你可以根据DVS提供的公式，X值等，材料所受应力，循环特性，自己画出疲劳强度曲线。并不是和尺寸没有关系。而且考虑的是热影响区的应力水平。

sungy1205

前提是焊缝必须满足EN15085的焊接要求，如果一个焊缝能用a3,就没必要a5和a8,这个需要焊接工程师去定义设计。焊透与否对应的曲线不一样吧，角焊一般都用F2，一般角焊缝都焊不透，如果用打了坡口的方法焊透，就不是角焊缝了，要选别的曲线。我们焊接工程师解释焊缝高度要根据0.7倍的板厚定义，不能乱定义。是有原则的

QustFelix

sungy1205 发表于 2014-3-26 10:16
前提是焊缝必须满足EN15085的焊接要求，如果一个焊缝能用a3,就没必要a5和a8,这个需要焊接工程师去定义设计 ...

多谢回复，你说的这几个标准我也都看过。但是感觉理解的深度还是不够，所以比过来交流学习一下。DVS确实是引用到15085的，但是我在15085没有看到关于焊缝的尺寸的推荐值。能否具体说明在15085的哪一章节有说明？

另外有限元建模方面，对于不焊透的情况，和焊透的情况，您是否有些自己的想法？ 目前我的计算结果证明，焊缝尺寸大小和焊透不焊透，使用名义应力法和结构热点应力法得到的应力值一致，只不过对于不同的情况，使用的DVS或者IIW中的FAT等级分类不一样，所以寿命也不一样。目前我的理解是这样的，您觉得我理解的对吗？

我邮箱 zhang_fahu at qq.com, 非常希望能和您进一步的交流。看来懂DVS的不多啊。

sungy1205

1、如果是T型接头，焊透与不透可通过角节点是否重合，前提是要用shell或solid模拟焊缝才行，
2、焊缝尺寸的大小肯定有设计方法，我也没找到标准来源，一般是根据载荷定焊缝截面尺寸，但没找到和板厚关系的来源，一般是0.7倍
3、工程上一般都用名义应力法，主要是容易操作，因为计算产品时焊缝太多。
4、DVS并未明确是不是应力幅值，应该是根据不同工况下的主应力投影差值计算，向多轴向单轴转换二轴法，而且拉循环，压循环，是不一样。
5、IIW BS7608明确是应力幅值或应力范围，基本未考虑循环特性的影响，因为都是屈服极限附近的幅值

QustFelix

sungy1205 发表于 2014-3-27 11:13
1、如果是T型接头，焊透与不透可通过角节点是否重合，前提是要用shell或solid模拟焊缝才行，
2、焊缝尺寸的 ...

谢谢回复。

1.这个焊透不焊透的情况，通过你说的方法，无论采用Shell 或者solid单元，其实求得的离焊缝1到1.5倍板厚距离处的名义应力或者结构热点应力都是一样的，这是我自己做的结果，相同的工况下。也就说明了，对于有限元计算，采用名义应力法或者是结构热点应力法来评估，焊透不焊透都一样的。这一点我参考文献以及与别人讨论的结果是，文献中没有找到这块的模拟方法，都是针对完全焊透的情况来做分析，目前接触到的文献都是这样的。
2，我受你的启发，又看了看15085-3，第30页的Annex B确实有一些焊缝尺寸的描述，表格中对应编号13a，最右侧一列Design throat thickness 给出了a_R=a<=0.7*tm.我猜测来源应该是这也吧。 但是这一点我有点没看明白，给出的这个Design throat thickness 是不是一个焊缝的推荐尺寸？
3.这个我目前是想用名义应力法跟结构热点应力法，因为结构热点应力法确实麻烦一些，但是能包含更多的信息。目前是这么想的。
4，这个我没大看明白你说的意思，确实拉压不一样，这些都已经体现在MJK图里了。能否先针对DVS 1612具体讨论？
5.个人觉得IIW 就是给出SN曲线，DVS是给出个永久疲劳极限，方法不同，感觉DVS的方法更实用，一般轨道应用都要求是1e6以上的次数。如果达不到这个数值也没有意义，也就是说，更多的是证明他是无限寿命的，很少去计算具体的次数，我这边的应用一般是这样的。

sungy1205

若要理解DVS，首先要找到ERRI B 12/RP 17和ERRI B 12/RP 60里，你有这两个文件吗，我还没找到，只是知道个大概：我QQ：12177399

sungy1205

file:///G:/TEMP/未焊透.BMP

QustFelix

sungy1205 发表于 2014-3-27 13:56
若要理解DVS，首先要找到ERRI B 12/RP 17和ERRI B 12/RP 60里，你有这两个文件吗，我还没找到，只是知道个 ...

其实，这两个文档，我找了半年了，现在也没找到。

我从网上找找，如果能找到有卖的，让公司给买吧还是。

QustFelix

sungy1205 发表于 2014-3-27 13:56
若要理解DVS，首先要找到ERRI B 12/RP 17和ERRI B 12/RP 60里，你有这两个文件吗，我还没找到，只是知道个 ...

找到报价了，UIC卖的，RP 17, 1000 Euro。 RP 60, 800 Euro。 考虑下吧。

http://www.uic.org/etf/rapportte ... portno=&motcle=

QustFelix

sungy1205 发表于 2014-3-27 13:56
若要理解DVS，首先要找到ERRI B 12/RP 17和ERRI B 12/RP 60里，你有这两个文件吗，我还没找到，只是知道个 ...

兄台，加你qq需要名字验证，还是你加我吧。 87    205  1174.