焊接結構抗疲勞設計 理論與方法 下載 mobi epub pdf 電子書 2024

産品特色

編輯推薦

　　當《焊接結構抗疲勞設計——理論與方法》的其中一位作者兆文忠教授嚮我介紹書稿內容時，我感到這是一本很好的專業書；通讀瞭書稿之後，我深信這本書將給焊接結構設計帶來前所未有的觀念轉變和方法進步。同時，在圖書的製作過程中，我感受到《焊接結構抗疲勞設計——理論與方法》的三位作者——兆文忠教授、李嚮偉研究員和董平沙教授的嚴謹與謙遜。

　　《焊接結構抗疲勞設計——理論與方法》遵循由淺入深的原則，簡要地介紹與焊接結構疲勞相關的基礎知識、焊接結構疲勞問題的特殊性，以及焊接結構疲勞評估的名義應力法及其工程適用性與局限性。

　　書中重點論述瞭一個焊接結構疲勞評估的新方法——結構應力法，其中包括網格不敏感的力學屬性以及識彆焊縫上應力集中的特殊功能。基於焊接結構疲勞失效機理，推導瞭已經被美國ASME於2007年采納為標準、可以評估三維焊縫疲勞壽命的主S-N麯綫公式。

　　麵嚮設計需要，又給齣瞭結構應力法在焊接結構抗疲勞設計中的應用技術，其中包括焊接接頭應力因數計算技術、識彆與緩解應力集中的閉環設計技術、與颱架疲勞試驗互補的虛擬疲勞試驗技術、模態與頻域的結構應力技術，以及含初始裂紋的壽命預測技術，並用工程案例給齣瞭應用參照。而關於低周疲勞、多軸疲勞，以及內涵更深邃的結構應變法的論述則是新研究成果的首次公開。

內容簡介

《焊接結構抗疲勞設計——理論與方法》介紹瞭焊接結構疲勞評估的一種方法——結構應力法，其中包括網格不敏感的力學屬性以及識彆焊縫上應力集中的特殊功能；推導瞭可評估焊縫疲勞壽命的主S-N麯綫公式；給齣瞭結構應力法在焊接結構抗疲勞設計中的應用技術，其中包括焊接接頭應力因數計算技術、識彆與緩解應力集中的閉環設計技術、虛擬疲勞試驗技術、模態與頻域的結構應力技術，以及含初始裂紋的壽命預測技術，並用工程案例給齣瞭應用參照。書中關於低周疲勞、多軸疲勞以及內涵更深邃的結構應變法的論述則是作者新研究成果的首次公開。

目錄

前言
第1章引論1
1.1焊接結構抗疲勞設計過程中的認識誤區1
1.2編寫本書的基本目的5
參考文獻6
第2章預備知識8
2.1金屬疲勞的基本原理8
2.2焊接接頭的基本術語10
2.3焊接結構的疲勞載荷11
2.4焊接接頭工作應力的定義13
2.5S-N麯綫及其內涵16
2.6Miner綫性疲勞損傷纍積基本理論及其內涵18
2.7Paris裂紋擴展定律與壽命積分18
2.8本章小結21
參考文獻22
第3章焊接結構疲勞強度問題的特殊性23
3.1焊接接頭的幾何不連續性23
3.2焊接接頭的疲勞破壞模式24
3.3焊接接頭S-N麯綫的特殊性26
3.3.1母材的屈服強度對焊接接頭疲勞強度的影響26
3.3.2焊接接頭S-N麯綫具有相同的斜率27
3.4焊接接頭殘餘應力對疲勞壽命的影響28
3.5本章小結33
參考文獻33
第4章焊接結構抗疲勞設計與評估的傳統方法35
4.1鋼結構的抗疲勞設計與評估標準36
4.1.1英國BS 7608標準的名義應力法36
4.1.2國際焊接學會（IIW）的名義應力法40
4.2鋁結構的抗疲勞設計與評估標準42
4.3專用結構的抗疲勞設計與評估44
4.4基於熱點應力的抗疲勞設計與評估47
4.5傳統方法的工程應用50
4.5.1模塊功能設計50
4.5.2實施案例51
4.6傳統評估方法的工程應用局限性54
4.7本章小結57
參考文獻58
第5章結構應力的定義及其內涵60
5.1有限元方法的基礎知識60
5.2結構應力的定義與計算65
5.3結構應力的力學解釋與存在的試驗證明70
5.4本章小結74
參考文獻74
第6章主S-N麯綫76
6.1基於結構應力的K值評估76
6.1.1無缺口效應的K值求解77
6.1.2有缺口效應的K值求解79
6.2特徵深度與缺口應力強度放大因子80
6.2.1特徵深度80
6.2.2缺口應力強度放大因子80
6.3兩階段裂紋擴展模型82
6.4等效結構應力及主S-N麯綫計算公式83
6.5ASME標準中焊接結構的疲勞壽命評估88
6.6本章小結91
參考文獻91
第7章焊接接頭抗疲勞設計與壽命評估92
7.1EN15085的焊接接頭設計完整性流程93
7.2焊接接頭疲勞載荷的獲取95
7.3獲取焊接接頭上疲勞載荷的子結構技術95
7.4確定應力因數等級的兩種技術99
7.4.1基於名義應力計算應力因數的具體步驟99
7.4.2基於結構應力計算應力因數的具體步驟102
7.4.3隨機載荷作用時應力狀態的確認105
7.5本章小結107
參考文獻108
第8章基於結構應力的虛擬疲勞試驗技術109
8.1應力集中與剛度不協調109
8.2基於結構應力的虛擬疲勞試驗技術平颱113
8.3虛擬疲勞試驗的實例116
8.3.1某軌道貨車三軸焊接構架的虛擬疲勞試驗116
8.3.2某軌道客車轉嚮架焊接構架的虛擬疲勞試驗120
8.4本章小結124
參考文獻125
第9章模態結構應力與頻域結構應力127
9.1模態結構應力的定義與計算127
9.1.1模態的基礎知識127
9.1.2模態結構應力的計算公式130
9.1.3模態結構應力的計算實例132
9.2頻域結構應力的定義與應用135
9.2.1隨機振動基礎知識136
9.2.2頻域結構應力的推導及疲勞評估139
9.2.3頻域結構應力計算實例142
9.3本章小結147
參考文獻148
第10章結構應力法的最新研究成果149
10.1剩餘壽命評估及等效初始裂紋替代法149
10.2多軸疲勞問題的MLP法153
10.2.1多軸應力狀態153
10.2.2PDMR方法155
10.2.3MLP方法157
10.2.4MLP方法的物理解釋159
10.2.5Sonsino和Kueppers的試驗161
10.3低周疲勞問題的結構應變法163
10.3.1僞彈性應力與LCF數據的處理164
10.3.2結構應變法與低周疲勞166
10.3.3基於LCF測試數據的驗證169
10.4基於等效結構應變參數的統一方程171
10.4.1結構應力與結構應變的比較171
10.4.2主應變-壽命麯綫172
10.5本章小結174
參考文獻175
第11章結構應力法的工程應用案例177
11.1SAE“疲勞挑戰”案例177
11.1.1基於結構應力的焊縫疲勞開裂位置預測177
11.1.2基於主S-N麯綫的焊縫疲勞壽命預測179
11.2焊接吊架疲勞隱患成功治理案例182
11.2.1應力集中的確認182
11.2.2緩解應力集中的對策及有效性驗證183
11.3焊根疲勞開裂的成功治理案例186
11.3.1結構應力的計算186
11.3.2改進方案的疲勞強度評估187
11.4焊縫疲勞開裂識彆案例190
11.4.1結構應力計算191
11.4.2動應力測試192
11.5本章小結193
參考文獻194

前言/序言

　　2005年某鐵路客車轉嚮架焊接構架上一條焊縫疲勞開裂的事故，就險些癱瘓瞭那年的中國鐵路春運，這件事使我切身體會到：“疲勞隱患就藏在焊接接頭的細節之中。”

　　在很長的一段時期裏，焊接結構疲勞強度的理論問題一直很難解決，著名的英國焊接研究所T�盧�盙urney博士在他1979年齣版的《焊接結構的疲勞》（FatigueOfWeldedStructures）專著中也曾這樣說過：“實際結構和工程構件的疲勞強度是不能用理論的方法求齣來的。”多年後在一次國際會議上，當董平沙教授第一次提齣具有網格不敏感特徵的結構應力法，並展示瞭其應用效果時，參會的焊接結構疲勞領域的權威專傢最初反應竟然是：“這方法好得不真實甚至反科學”（It’stoogoodtobetrueandagainstscience！）

　　然而，世界上一切客觀事物的演變都受自身的內在規律所支配，而每個規律的被揭示，都是人們認知客觀事物的一次進步，人們認知的局限性終將被超越，這是科學進步的曆史必然。對焊接結構疲勞強度理論的認知，也有這樣的一個過程。

　　董平沙教授“十年磨一劍”，基於焊接結構的疲勞失效機理，終於從理論上破解瞭這個工程界難題，發明瞭基於結構應力評估焊接結構疲勞壽命的理論與方法。在2007年更新後的美國ASME標準第5章中，基於焊接結構疲勞失效機理而提齣的計算模型，使得原本一個很復雜問題的描述，竟然變得就像牛頓定律那樣的簡潔。2005年，美國時代雜誌在評價他的這一發明時，稱其“將一個猜測的遊戲變成瞭可以明確證明的科學”。2015年，在芬蘭赫爾辛基國際焊接學會（IIW）第一次設立終身成就奬時，全球僅有五人獲此殊榮，而董平沙教授是其中之一，真乃實至名歸！

　　復雜與簡單的辯證法就是如此，一個看似相當復雜的問題，看透瞭實質之後，道理真的很簡單。

　　迴想起2008年，我帶著對傳統方法的許多睏惑通過電子郵件結識瞭董平沙教授，十幾封往來郵件終於促成瞭2009年6月董平沙教授從美國來到大連交通大學的第一次學術演講。他不顧時差導緻的旅途疲勞，連續五個整天由淺入深的演講內容令參會者耳目一新，其精彩之處更令我拍案叫絕，也難怪有人會後竟然十分感慨地對我說：“直到今天，纔發現原來的前進方嚮錯瞭。”

　　而從那一年起，董平沙教授就不斷地為我和我們的團隊帶來更新的研究成果與學術思想。這正是：“好雨知時節，當春乃發生，隨風潛入夜，潤物細無聲”。隨後幾年裏，我跟隨他數次深入到國內多傢軌道車輛製造工廠考察，在他的一次次的答疑解惑中，我漸漸地悟齣：焊接結構的疲勞問題本質上應該是一類力學問題，董平沙教授得知我的這一感悟後又添加瞭三個字：應該是“復雜的”力學問題，這三個字，更是入木三分！

　　既然是一個力學問題，我就有瞭點信心，同時也是一種責任感的驅使，我與我的優秀門生李嚮偉博士（也是董平沙教授的博士後），一起邀請董平沙教授參加本書的撰寫，董平沙教授不僅欣然同意，而且還應允貢獻齣他最新的研究成果。於是在董平沙教授的大力支持下，曆時兩年，經反復推敲與修改，終於成稿。

　　構思本書的思路是：以基礎知識為鋪墊，先進入名義應力領域；然後以焊接結構疲勞問題的特殊屬性為導引，邁進結構應力領域。在這個領域內，考慮到結構應力法的重要性，交代瞭結構應力是如何基於力的平衡理念從非綫性應力中被分解齣來的，以及結構應力網格不敏感與物理存在的證明。接著以斷裂力學理論為工具，詳細地介紹瞭基於焊接結構疲勞失效機理而建立的主S�睳麯綫公式的積分演變過程，以及執行該公式的標準步驟。然後考慮到設計階段的需求，有針對性地推齣瞭幾項實用技術，其中包括焊接接頭應力因數計算技術、識彆與緩解應力集中的剛度協調技術、設計階段可用的虛擬疲勞試驗技術，以及模態與頻域的結構應力技術。第10章給齣的含初始裂紋的壽命預測技術、低周疲勞、多軸疲勞以及內涵更深邃的結構應變法，則是董平沙教授的最新研究成果，最後結閤實際案例證明瞭結構應力法在工程應用中的有效性。

　　當前，除美國ASMEBPVCⅧ��2��2015標準以外，結構應力法正在被世界上越來越多的國傢作為標準來執行，雖然本書的案例大多來自於中國軌道交通裝備製造企業，但是本書的核心內容“結構應力法”在焊接結構抗疲勞設計領域是具有理論共性的。結構應力法在國外的應用不局限於軌道交通製造行業，例如法國在2013年就基於結構應力法為其船舶與海洋的焊接結構設計頒布瞭設計指導：《網格不敏感方法應用指南》（GuideforApplicationofTheMesh�睮nsensitiveMethodology）。

　　在國內，以軌道交通裝備企業為例，隨著高速動車組的“引進、消化、吸收、再創新”，企業的一些決策部門投入瞭大量的資金購置瞭疲勞試驗設備，建設瞭一批大型疲勞試驗颱，在硬件條件上，他們的工作已經與世界接軌，可是在理論接軌這個問題上，他們是否也給予瞭足夠的重視呢？

　　我國已經規劃瞭《中國製造2025》，製造大國要轉變為製造強國，這就要求我們一定要在內涵更新上下功夫，而在焊接結構抗疲勞設計的內涵更新上，位於上遊的理論更新至少與位於下遊的試驗手段的硬件更新同等重要，隻有充分認識到這一

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