本發(fā)明涉及疲勞試驗，尤其是涉及一種單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗裝置和方法。

背景技術(shù)：

1、在礦山機(jī)械制造領(lǐng)域，焊接結(jié)構(gòu)因其材料利用率高、制造成本低、設(shè)計靈活性強(qiáng)等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。對于礦車車架、挖掘機(jī)動臂等關(guān)重件，往往承受著復(fù)雜多變的載荷，包括但不限于強(qiáng)烈的動態(tài)沖擊、循環(huán)往復(fù)的過載交變等極端條件，而焊接接頭作為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，其疲勞性能直接關(guān)系到整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和耐久性。其中，角接接頭（特別是單面角焊縫與雙面角焊縫）在礦山機(jī)械中更為常見，其往往承受彎曲或剪切等復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，因此角接接頭的疲勞性能評估需綜合考慮載荷性質(zhì)的影響。

2、目前，針對焊接接頭的疲勞性能評估，已有對接脈動拉伸、十字接頭脈動拉伸、旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞、t型接頭三點/四點彎曲等多種測試方法，但這些方法無法準(zhǔn)確模擬焊接接頭及其材料在實際使用中的交替彎曲載荷作用，從而評估其彎曲疲勞性能。以角接接頭三點彎曲疲勞試驗為例，其主要通過在試樣上方施加一集中載荷，使其在兩支撐點之間發(fā)生彎曲變形，進(jìn)而評估材料的抗彎性能及疲勞壽命等力學(xué)性能。但這種集中加載的試驗，其應(yīng)力分布不均勻，特別是在焊縫區(qū)域，這導(dǎo)致對焊縫的彎曲疲勞性能評估不夠準(zhǔn)確，無法全面反映真實工況下的彎曲疲勞壽命和疲勞損傷行為。

3、另一方面，在排除結(jié)構(gòu)設(shè)計因素的考量之外，從工藝角度出發(fā)，強(qiáng)化角接接頭的焊趾疲勞強(qiáng)度是提升接頭整體疲勞性能的一種常見且有效的策略。然而，在實際執(zhí)行試驗評估的過程中，單面角接接頭的焊根部位缺口效應(yīng)遠(yuǎn)大于焊趾處的疲勞應(yīng)力集中現(xiàn)象。因此，疲勞裂紋通常傾向于先在焊根區(qū)域萌生，這一現(xiàn)象阻礙了對彎曲應(yīng)力及其后處理工藝如何具體影響焊趾疲勞性能的深入分析與準(zhǔn)確評估，限制了試驗評估的精確性和有效性。

4、為解決現(xiàn)有角接試樣彎曲疲勞應(yīng)力分布不均及不能充分評估角接頭焊趾應(yīng)力集中對疲勞損傷行為影響的局限性，基于測試方法的規(guī)范性和準(zhǔn)確性，亟需通過合理的接頭設(shè)計、優(yōu)化的焊接工藝、特定的試樣裝夾、準(zhǔn)確的試驗數(shù)據(jù)分析，準(zhǔn)確評估角接接頭在單一彎曲載荷下的疲勞損傷行為，有效支撐重載焊接結(jié)構(gòu)的疲勞壽命預(yù)測和性能優(yōu)化。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供了一種單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗裝置，其能夠?qū)υ嚇邮┘訂我粡澢d荷，保證試樣焊縫處的應(yīng)力分布更加均勻。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、一種單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗裝置，包括：夾具、t型試樣和疲勞試驗機(jī)。

4、其中，疲勞試驗機(jī)上設(shè)置有安裝底座；夾具整體呈l型，夾具包括底板和立板，立板豎直固定在底板上，且位于底板的一側(cè)；t型試樣包括安裝板和腹板，腹板豎直焊接在安裝板的中部，t型試樣通過安裝板固定安裝在立板的待裝夾面上，以完成試樣的夾裝，裝夾后的夾具整體通過底板固定安裝在安裝底座上。

5、優(yōu)選的，所述夾具還包括筋板，所述筋板設(shè)置有兩塊，兩塊所述筋板對稱設(shè)置在所述底板上，且兩塊所述筋板的一側(cè)均與所述立板相連。

6、優(yōu)選的，所述立板和所述筋板的底部開設(shè)有k型坡口，并均通過雙面焊接固定安裝在所述底板上。

7、優(yōu)選的，所述筋板遠(yuǎn)離所述立板的底部一端進(jìn)行包角焊處理，并將焊縫打磨呈圓弧狀。

8、優(yōu)選的，所述夾具整體裝配完成后，所述底板的底面和所述立板的裝夾面均進(jìn)行打磨加工。

9、優(yōu)選的，所述底板上開設(shè)有安裝通孔，所述疲勞試驗機(jī)上設(shè)置有安裝底座，所述安裝底座上設(shè)置有t型凹槽，所述t型凹槽內(nèi)設(shè)置有t型螺栓，所述t型螺栓穿過所述安裝通孔，并與螺母配合，以將所述底板擰緊固定。

10、優(yōu)選的，所述腹板的底部開設(shè)有k型坡口，并通過雙面對稱全熔透焊接固定安裝在所述安裝板上。

11、優(yōu)選的，所述安裝板的四角處均設(shè)置有螺栓孔，所述立板上開設(shè)有與所述螺栓孔對應(yīng)螺栓連接的長圓孔。

12、本發(fā)明還公開了一種單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗方法，其包括：疲勞試驗和數(shù)據(jù)分析與計算；

13、其中，疲勞試驗過程包括：s1、將t型試樣螺栓連接在l型夾具的立板的待裝夾面上；s2、將l型夾具螺栓連接在疲勞試驗機(jī)的安裝底座上；s3、對疲勞試驗機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)；s4、利用疲勞試驗機(jī)對t型試樣的腹板循環(huán)施加載荷直至腹板與安裝板處的焊縫斷裂；s5、更換t型試樣并進(jìn)行重復(fù)循環(huán)試驗。

14、數(shù)據(jù)分析與計算包括：s1、獲取t型試樣的整體尺寸數(shù)據(jù)和焊縫尺寸數(shù)據(jù)，并計算出焊趾缺口應(yīng)力集中系數(shù)；s2、獲取t型試樣疲勞斷裂時的循環(huán)次數(shù)和載荷幅值；s3、根據(jù)懸臂梁彎曲應(yīng)力集中計算公式：，對加載的垂直載荷進(jìn)行應(yīng)力載荷轉(zhuǎn)變，獲得彎曲名義應(yīng)力幅值；公式中：b為t型試樣寬度，h為t型試樣厚度，l為懸臂梁力臂，fm為載荷幅值，s為彎曲名義應(yīng)力幅值；s4、通過將循環(huán)次數(shù)和彎曲名義應(yīng)力幅值導(dǎo)入數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，獲得t型試樣的s-n曲線；s5、根據(jù)焊趾缺口應(yīng)力集中系數(shù)和s-n曲線建立在彎曲載荷條件下的“缺口-壽命”映射關(guān)系。

15、優(yōu)選的，所述對疲勞試驗機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)，包括：確保疲勞試驗機(jī)的壓頭與安裝底座上的螺栓均處于加載中心軸線上；確保疲勞試驗機(jī)的壓頭距離t型試樣上的焊趾10mm以上。

16、優(yōu)選的，所述獲取t型試樣的整體尺寸數(shù)據(jù)和焊縫尺寸數(shù)據(jù)，并計算出焊趾缺口應(yīng)力集中系數(shù)，包括：對t型試樣的整體和焊縫進(jìn)行激光掃描，并利用三維軟件對t型試樣的掃描模型進(jìn)行測量統(tǒng)計分析，以獲得t型試樣的整體尺寸數(shù)據(jù)和焊縫尺寸數(shù)據(jù)；利用計量軟件對三維軟件導(dǎo)出的t型試樣的三維模型中的焊縫大小和焊趾圓弧半徑進(jìn)行統(tǒng)計分析，并通過有限元方法對統(tǒng)計分析結(jié)果進(jìn)行計算，以獲得焊趾缺口最大應(yīng)力；根據(jù)焊趾缺口最大應(yīng)力計算出焊趾缺口應(yīng)力強(qiáng)度因子，并基于焊趾缺口應(yīng)力強(qiáng)度因子計算出焊趾缺口應(yīng)力集中系數(shù)。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本申請公開的一種單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗裝置，通過設(shè)計l型夾具，使得t型試樣在安裝在l型夾具上后，其腹板能夠形成懸臂梁的形式，這樣，疲勞試驗機(jī)便能夠?qū)型試樣的腹板施加垂直載荷，以使腹板與安裝板之間的焊縫能夠受到單一彎曲載荷，并能夠保證焊縫處受到均勻的集中應(yīng)力，從而能夠全面反映真實工況下的試樣焊縫處的彎曲疲勞壽命和疲勞損傷行為，以便準(zhǔn)確評估焊縫的彎曲疲勞性能。

18、本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

技術(shù)特征：

1.一種單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗裝置，其特征在于，包括：夾具、t型試樣和疲勞試驗機(jī)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗裝置，其特征在于，所述夾具還包括筋板，所述筋板設(shè)置有兩塊，兩塊所述筋板對稱設(shè)置在所述底板上，且兩塊所述筋板的一側(cè)均與所述立板相連。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗裝置，其特征在于，所述立板和所述筋板的底部開設(shè)有k型坡口，并均通過雙面焊接固定安裝在所述底板上。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗裝置，其特征在于，所述筋板遠(yuǎn)離所述立板的底部一端進(jìn)行包角焊處理，并將焊縫打磨呈圓弧狀。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗裝置，其特征在于，所述夾具整體裝配完成后，所述底板的底面和所述立板的裝夾面均進(jìn)行打磨加工。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗裝置，其特征在于，所述底板上開設(shè)有安裝通孔，所述疲勞試驗機(jī)上設(shè)置有安裝底座，所述安裝底座上設(shè)置有t型凹槽，所述t型凹槽內(nèi)設(shè)置有t型螺栓，所述t型螺栓穿過所述安裝通孔，并與螺母配合，以將所述底板擰緊固定。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗裝置，其特征在于，所述腹板的底部開設(shè)有k型坡口，并通過雙面對稱全熔透焊接固定安裝在所述安裝板上。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗裝置，其特征在于，所述安裝板的四角處均設(shè)置有螺栓孔，所述立板上開設(shè)有與所述螺栓孔對應(yīng)螺栓連接的長圓孔。

9.一種單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗方法，其特征在于，如權(quán)利要求1-8中任一項所述的單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗裝置，包括：疲勞試驗和數(shù)據(jù)分析與計算；

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗方法，其特征在于，所述對疲勞試驗機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)，包括：

11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗方法，其特征在于，所述獲取t型試樣的整體尺寸數(shù)據(jù)和焊縫尺寸數(shù)據(jù)，并計算出焊趾缺口應(yīng)力集中系數(shù)，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種單邊彎曲角接頭焊趾疲勞試驗裝置和方法，包括：夾具、T型試樣和疲勞試驗機(jī)。夾具整體呈L型，夾具包括底板和立板，立板豎直固定在底板上，且位于底板的一側(cè)；T型試樣包括安裝板和腹板，T型試樣通過安裝板固定安裝在立板的待裝夾面上，裝夾后的夾具整體通過底板固定安裝在安裝底座上。通過設(shè)計L型夾具，使得T型試樣在安裝在L型夾具上后，其腹板能夠形成懸臂梁的形式，這樣，疲勞試驗機(jī)便能夠?qū)型試樣的腹板施加垂直載荷，以使腹板與安裝板之間的焊縫能夠受到單一彎曲載荷，并能夠保證焊縫處受到均勻的集中應(yīng)力，從而能夠全面反映真實工況下的試樣焊縫處的彎曲疲勞壽命和疲勞損傷行為，以便準(zhǔn)確評估焊縫的彎曲疲勞性能。

技術(shù)研發(fā)人員：魏守盼,侍孝建,宋威,王國友,張玉龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：徐州徐工礦業(yè)機(jī)械有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8