焊接结构疲劳设计或评定过程中涉及的各种应力

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　　焊接结构疲劳设计或评定过程中，计算或测量应力时，应注意应力类型，不同的应力类型对应有不同的疲劳强度，或对应有不同的S-N曲线表达方式。

　　焊接结构疲劳设计或评估时应当注意用什么样的应力类型呢?美国AAR标准及当前国内使用的应力类型主要是名义应力;欧洲焊接界使用的应力类型主要是名义应力，热点应力，或称之为几何应力，前者用于工程，后者用于研究：而美国从2007年起，在ASME(2007)标准中用的是结构应力及等效结构应力。

　　名义应力
　　或称标称应力，概念上，名义应力必须是能用材料力学公式计算出来的具有平均意义的应力，它可以贴片测得。在AAR、BS、IIW标准中，S-N曲线是用名义应力定义的，但是，工程运用中，当焊接接头的结构复杂、载荷也复杂时，这类用材料力学公式计算的名义应力是不存在的，此时，只能用有限元方法获得焊接接头上平均意义上的名义应力，这时，我们可以称其为广义名义应力。

　　由于名义应力是平均意义上的应力，这是为什么从有限元计算结果拾取名义应力时，不要从“焊缝”上拾取的基本原因。

　　同时，还要强调指出：对于机车车辆而言，不论是车体，还是转向架，其焊趾附近的平均意义上的名义应力，或属于单向应力状态，或属于双向应力状态，拾取时，如果是双向应力状态，应拾取最大主应力代表名义应力参与计算，具体规定，见BS、IIW标准。

　　热点应力
　　或称为几何应力，是焊缝接头焊缝焊趾处的非线性应力的一部分，不能用贴片方式直接测得，但是，可以通过一组片外推插值间接获得，少数情况下可以用有限元方法获得，详细内容见IIW标准。

　　结构应力
　　是由外力引起的焊缝接头焊缝焊趾或焊根处上的应力，它具有明确的物理意义，可以通过一组片外推插值间接获得，亦可以用适当的有限元方法获得，它反映了焊址或焊根处的应力集中，详细内容见ASME(2007)标准。

　　等效结构应力寿命
　　是基于断裂力学裂纹扩展表达式，积分获得的一个参数，且用于计算疲劳寿命。在这个基于断裂力学表达式的等效结构应力中，不仅考虑了焊接接头板的厚度的影响、载荷模式的影响，也考虑了应力集中的影响，详细内容见ASME(2007)标准。

　　多少年来，工程中的S-N曲线一直采用名义应力表示(不可将它与用热点应力表示的S-N曲线混为一谈，比较而言，后者很难获得)，其历史原因是，研究总是从简单问题开始，名义应力可以用材料力学的公式计算，或者用贴片的方法测试，对简单的焊接接头而言，名义应力是合适的，虽然人们知道疲劳破坏总是发生在在焊缝上，但是，如何在焊缝上获得那些应力，却是困难的。

　　从名义应力到热点应力，人们一直没有停止对焊缝或焊根上的高度非线性应力的追求，但是，直到董平沙教授提出了结构应力的概念之后，以及2007年美国ASME标准中增加了董平沙教授发明的《网格不敏感的结构应力法及主S-N曲线法》，这个问题才得以根本解决。

　　本文转载自焊接力学微信公众号(ID：welding_mechanics)