基于ANSYS／FE-SAFE分析的当量结构应力法焊缝疲劳评定

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在石油化工行业中，承受疲劳载荷作用的压力容器十分常见，准确的疲劳寿命分析是预防疲劳损坏和疲劳失效故障的首要前提。

焊缝部位由于几何以及材料上的缺陷，通常会发生应力集中，也是压力容器中最容易发生破坏的薄弱环节，ASME锅炉及压力容器规范在 2007年引入了-种由美国著名科技研发公司Batele的美籍华裔工程师Pingsha Dong研究的可以相对准确计算焊缝疲劳寿命的最新方法--结构应力法，又称为 Meshinsensitive Structural Stress Method”(MSS法 )，即 网格不敏感”结构应力计算方法 [1。这种结构应力法被ANSYS/FE-SAFE软件中的VERITY拈采用，基于有限元分析软件ANSYS的静力分析结果，用于进行焊缝的疲劳寿命计算。

结构应力法针对板壳、实体等结构连接形式，通过-系列专用后处理过程修正计算结果，使得最终的结果不具有网格敏感性，同时，只要有限元模型能够合理地表示出构件的几何特征，结构应力的结果将与单元的类型也无关，壳单元与实体单元建模得到的疲劳寿命相差不大；采用-个统-的主 -Ⅳ曲线”预i贝0焊接疲劳，这条主 .Ⅳ曲线使用-个等效结构应力幅参数”的概念，将各类焊接方式的疲劳分析合而为-，Batele中心通过对比分析数千个焊接疲劳试验数据，涵盖各种不同的焊接类型、焊板厚度、载荷模式等，验证了结构应力法具有极好地预测效果口。

采用结构应力法进行焊缝疲劳寿命计算目前在国内鲜有报道，本文将介绍 ASME VII.2中所采纳的当量结构应力法进行焊缝疲劳评定的原理，并以某回流罐为工程实例，使用有限元分析软件ANSYS/FE.SAFE对回流罐上手孔与罐体之间的焊缝疲劳寿命进行分析，同时考察网格大孝单元类型以及填角焊缝的影响。

1 结构应力法进行焊缝疲劳评定的原理和在ANSYS/FE.SAFE VERITY拈中的应用MSS法计算前，首先在节点处建立局部坐标系x'-y IzJ，其中 轴沿焊趾方向，Y 轴垂直于焊趾方向并与焊接母体表面相切，然后在节点局部坐标系下将焊趾处各节点的节点力转化为沿焊趾方向的线载荷厂和线力矩m。沿焊趾方向的每个节点的结构应力可以由式 (1)求解，即O"：盯 ： (1)s盯6 - -式中，t为壁厚， 为沿Y轴方向的线载荷，m收稿日期：2013-03-11基金项目：国家科技支撑计划课题 (2O12BAH34F04)。

作者简介：杨旭 (1989-)，女，河北邢台人，研究生。主要从事压力容器安全与可靠性研究。