摘要：焊接構(gòu)造是鋼橋的薄弱部位，在反復(fù)車輛荷載作用下，疲勞損傷正逐步成為影響橋梁服役安全的關(guān)鍵問題之一。以

Q550E

高強(qiáng)鋼為研究對(duì)象，開展母材和對(duì)接焊縫接頭的靜力拉伸和疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，建立母材及焊接連接件的疲勞裂紋增長(zhǎng)模型，揭示了應(yīng)力比對(duì)高強(qiáng)鋼焊接節(jié)點(diǎn)疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響規(guī)律；開展基于

FRANC3D

和

ABAQUS

的聯(lián)合仿真模擬分析，通過敏感性分析明確關(guān)鍵影響參數(shù)。結(jié)果表明：隨著應(yīng)力比的增大，疲勞裂紋擴(kuò)展速率參數(shù)

m

增大、lg

C

減小，應(yīng)力強(qiáng)度因子門檻值減?。粚?duì)接焊縫

m

值約為母材的

2

倍，對(duì)接焊縫裂紋門檻值大于母材，且對(duì)應(yīng)力比更敏感；聯(lián)合仿真方法可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)高強(qiáng)鋼焊接接頭疲勞壽命，高應(yīng)力比下試件厚度和初始裂紋深度對(duì)疲勞擴(kuò)展影響顯著。關(guān)鍵詞：橋梁工程；Q550E高強(qiáng)鋼；焊接接頭；疲勞裂紋；有限元分析高性能鋼材具有良好的延性、韌性、可焊性及結(jié)構(gòu)自重輕等優(yōu)點(diǎn)，在大跨度鋼橋中應(yīng)用廣泛。隨著車輛軸重和交通量不斷增長(zhǎng)，疲勞損傷正成為影響鋼橋服役安全的關(guān)鍵問題之一，PointPleasant大橋、首爾圣水大橋均因關(guān)鍵鋼構(gòu)件疲勞斷裂而發(fā)生垮塌。焊接構(gòu)造為鋼橋薄弱部位，焊縫在加工過程中不可避免存在氣泡、夾渣等缺陷。缺陷處往往存在應(yīng)力集中，疲勞荷載作用下易誘發(fā)裂紋萌生。此外，焊接過程會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，焊接殘余應(yīng)力在疲勞裂紋增長(zhǎng)（FatigueCrackGrowth，F(xiàn)CG）過程中會(huì)發(fā)生重分布，導(dǎo)致疲勞性能評(píng)估過程存在顯著不確定性。因此，亟須針對(duì)高強(qiáng)鋼焊接接頭的疲勞裂紋擴(kuò)展行為開展研究。現(xiàn)有鋼橋設(shè)計(jì)規(guī)范主要采用針對(duì)構(gòu)造細(xì)節(jié)的名義應(yīng)力法，該方法雖計(jì)算簡(jiǎn)便，但對(duì)于新型鋼材是否適用仍需進(jìn)一步校準(zhǔn)；基于線彈性斷裂力學(xué)理論的疲勞壽命評(píng)估方法也得到了應(yīng)用，由于疲勞裂紋發(fā)展受材料性能、焊接工藝、荷載和環(huán)境等因素影響，疲勞壽命預(yù)測(cè)需明確疲勞裂紋的發(fā)展規(guī)律。一些學(xué)者已開展了不同環(huán)境和荷載下的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)。童樂為等開展了應(yīng)力比為0.1時(shí)不同類型高強(qiáng)鋼的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，指出疲勞裂紋增長(zhǎng)速率隨鋼材強(qiáng)度的增加而逐漸降低。DeJesus

等發(fā)現(xiàn)疲勞壽命與鋼材靜力強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)。上述研究表明，不同型號(hào)鋼材的疲勞裂紋擴(kuò)展行為存在較大差異。此外，對(duì)于焊接連接件，過高的殘余應(yīng)力易誘發(fā)氫致裂紋、疲勞斷裂等結(jié)構(gòu)性破壞。白林越等引入形狀參數(shù)、張開比和殘余應(yīng)力等構(gòu)建了焊接疲勞裂紋擴(kuò)展模型，分析了焊接殘余應(yīng)力對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響。Zong等開展了Q345qD母材和焊縫在不同應(yīng)力比和不同厚度下的疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)，結(jié)果表明隨應(yīng)力比增加，疲勞裂紋擴(kuò)展速率增加，門檻值降低。吳圣川等發(fā)現(xiàn)焊接殘余應(yīng)力和應(yīng)力比可改變裂紋前沿應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值，從而影響疲勞裂紋擴(kuò)展速率。目前，焊接接頭疲勞研究多圍繞焊接殘余應(yīng)力和焊縫缺陷等內(nèi)部影響因素開展，已揭示裂紋閉合效應(yīng)對(duì)疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響，但不同應(yīng)力比下焊接連接件的疲勞裂紋擴(kuò)展行為仍需深入。此外，由于大尺度的疲勞試驗(yàn)研究耗時(shí)且成本高，數(shù)值分析方法已在復(fù)雜局部應(yīng)力分析等方面發(fā)揮了重要作用。然而，疲勞裂紋增長(zhǎng)模擬方法仍不完善，張開型裂紋假定與真實(shí)裂紋發(fā)展可能存在差異，預(yù)測(cè)精度難以保障。筆者開展不同應(yīng)力比下

Q550E

高強(qiáng)鋼母材及焊接接頭的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，明確高強(qiáng)鋼疲勞壽命、疲勞裂紋擴(kuò)展速率參數(shù)和門檻值的變化規(guī)律，揭示應(yīng)力比對(duì)高強(qiáng)鋼焊接節(jié)點(diǎn)疲勞裂紋擴(kuò)展性能的影響，這對(duì)完善高強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的設(shè)計(jì)與后期維護(hù)有重要意義。在此基礎(chǔ)上，開展基于

FRANC3D與

ABAQUS

的聯(lián)合數(shù)值仿真分析，通過敏感性分析明確關(guān)鍵影響參數(shù)。1、試驗(yàn)研究1.1試件設(shè)計(jì)試驗(yàn)采用舞陽(yáng)鋼鐵有限責(zé)任公司生產(chǎn)的Q550E高強(qiáng)鋼，公稱厚度為8mm

，實(shí)測(cè)厚度為8.56mm，化學(xué)成分如表1所示，鋼材碳當(dāng)量為0.4%。對(duì)接焊縫設(shè)計(jì)為

V

形坡口，采用co2氣體保護(hù)焊，焊絲為

E501T-1L，焊接電壓為（30±2）V，焊縫接頭幾何輪廓如圖

1

所示。表

1材料化學(xué)成分組成圖

1焊縫接頭幾何輪廓細(xì)節(jié)通過靜力拉伸和疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)研究Q550E

高強(qiáng)鋼母材及對(duì)接焊縫力學(xué)性能、疲勞裂紋擴(kuò)展行為。靜力拉伸試驗(yàn)參照《金屬材料拉伸試驗(yàn)第

1

部分：室溫試驗(yàn)方法》（GB/T228.1—2021）進(jìn)行試件取樣和制備，共制備

6

個(gè)試件。靜力拉伸試件尺寸如圖

2

所示。圖

2靜力拉伸試驗(yàn)試件尺寸Q550E鋼材疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)依據(jù)《金屬材料疲勞試驗(yàn)疲勞裂紋擴(kuò)展方法》（GB/T6398—2017）中的標(biāo)準(zhǔn)CT（CompactTension）試件進(jìn)行尺寸設(shè)計(jì)。采用線切割加工得到CT試件及相應(yīng)的U型夾具與銷釘。對(duì)接焊縫試件加工過程中，先對(duì)Q550E高強(qiáng)鋼母材進(jìn)行焊接，再對(duì)焊接構(gòu)件進(jìn)行線切割，最后聯(lián)合銑床及磨床等設(shè)備對(duì)試件進(jìn)行打磨加工，制得試件及相應(yīng)的U型夾具與銷釘。試件尺寸和取樣方式如圖3所示。圖3中B為試件厚度，W

為試件寬度，an為試件切口長(zhǎng)度。圖

3疲勞裂紋擴(kuò)展試件1.2靜力拉伸試驗(yàn)采用MTSLandmark

電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行加載，最大荷載為250kN。采用量程為50mm的引伸計(jì)測(cè)量位移。根據(jù)《金屬材料拉伸試驗(yàn)第

1

部分：室溫試驗(yàn)方法》（GB/T228.1—2021），靜力拉伸試驗(yàn)采用應(yīng)變速率控制。不同拉伸階段采用不同加載速率：鋼材屈服前應(yīng)變速率為0.00025s-1，屈服后為0.0067s-1。試件及加載裝置如圖4所示。圖

4靜力拉伸試驗(yàn)裝置靜力拉伸試驗(yàn)分別采用3個(gè)Q550E鋼母材和3個(gè)對(duì)接焊縫試件進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)。通過靜力拉伸試驗(yàn)獲得母材屈服應(yīng)力、抗拉強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、屈強(qiáng)比和彈性模量等性能指標(biāo)。通過測(cè)量對(duì)接焊縫試件的抗拉強(qiáng)度來評(píng)價(jià)焊縫質(zhì)量。拉伸試件破壞形貌如圖5所示。靜力拉伸試驗(yàn)結(jié)果取平均值，結(jié)果如表2所示。圖

5拉伸試件破壞形貌表

2材料力學(xué)性能1.3疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)Q550E

高強(qiáng)鋼母材及對(duì)接焊縫標(biāo)準(zhǔn)CT試件的疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)在MTSLandmark

電液伺服疲勞試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，CT試件如圖

6

所示。試驗(yàn)采用計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制，試驗(yàn)溫度為（20±3）℃。荷載波形為正弦波，加載頻率為

10Hz，應(yīng)力比為循環(huán)加載時(shí)最小荷載與最大荷載的比值，分別為

0.1、0.2、0.3

和0.5。試驗(yàn)時(shí)通過固定疲勞荷載上限值，調(diào)整疲勞荷載下限值來控制應(yīng)力比。每種工況進(jìn)行3組重復(fù)性試驗(yàn)，母材試件與焊接試件編號(hào)依據(jù)試驗(yàn)類型確定，M和Q分別表示母材和對(duì)接焊縫進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)的試件，MT和QT

分別代表母材和對(duì)接焊縫進(jìn)行門檻值測(cè)定試驗(yàn)的試件。如應(yīng)力比為

0.1時(shí)母材疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)的試件編號(hào)為R=0.1-M1~3，疲勞裂紋擴(kuò)展與門檻值測(cè)定試驗(yàn)共采用48個(gè)試件，試件實(shí)際尺寸和數(shù)量如表3所示。通過COD引伸計(jì)實(shí)時(shí)測(cè)量試件開口位移，采用柔度法計(jì)算疲勞裂紋長(zhǎng)度。柔度法計(jì)算公式可表示為式中：a

為疲勞裂紋長(zhǎng)度，下同；C0~C5為常數(shù)；Ux為試件開口位移函數(shù)，可表示為式中：B

為試件厚度；E

為彈性模量；Vx為開口位移；P

為荷載大小。圖

6CT

試件表

3CT

試件實(shí)際尺寸與數(shù)量試驗(yàn)開始前，施加約

0.7Fmax的初始力，通過引伸計(jì)測(cè)量開口位移，進(jìn)一步基于柔度法得到試件的裂紋長(zhǎng)度。根據(jù)已有試驗(yàn)研究，每間隔

5min

測(cè)量一次開口位移，連續(xù)兩次開口位移測(cè)量偏差未超過

0.1mm

時(shí)，停止加載。在疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)中，需對(duì)試件進(jìn)行疲勞裂紋預(yù)制。試驗(yàn)預(yù)制裂紋長(zhǎng)度為

1.5mm。預(yù)制裂紋階段采用降載法，預(yù)制結(jié)束后進(jìn)行常幅加載。疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)采用力控制，不同應(yīng)力比下最大荷載均為定值。結(jié)合預(yù)制裂紋試算結(jié)果，設(shè)定最大荷載為

7kN。試驗(yàn)裝置如圖

7

所示。圖

7疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)裝置疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)結(jié)束后，采用五點(diǎn)法和柔度法對(duì)裂紋長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)定和復(fù)核，進(jìn)而構(gòu)建

Q550E

高強(qiáng)鋼母材和對(duì)接焊縫試件的疲勞裂紋擴(kuò)展壽命曲線（a-N

曲線）。采用七點(diǎn)遞增多項(xiàng)式法和式（3）分別計(jì)算疲勞裂紋擴(kuò)展速率

da/dN

和應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值

ΔK。式中：α=a/W，a/W>0.2。當(dāng)

da/dN

趨近于零時(shí)，對(duì)應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子稱為門檻值

ΔKth。疲勞裂紋門檻值測(cè)定流程如下：預(yù)制

1.5mm

疲勞裂紋，采用降

K

法進(jìn)行試驗(yàn)，疲勞裂紋擴(kuò)展速率達(dá)

1×10-7時(shí)停止試驗(yàn)。根據(jù)預(yù)制裂紋試算結(jié)果，初始

K

值為20.5MPa·mm1/2，降

K

梯度為

1.5%。試驗(yàn)過程中，觀察

ΔK

值變化，同時(shí)計(jì)算相應(yīng)的疲勞裂紋擴(kuò)展速率

da/dN。在得到每個(gè)試件至少

5

個(gè)有效

da/dN-ΔK

數(shù)據(jù)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，基于單試件數(shù)據(jù)法[2]和七點(diǎn)遞增多項(xiàng)式法，在

4

個(gè)應(yīng)力比0.1、0.2、0.3

和

0.5

下對(duì)每組試件單獨(dú)進(jìn)行擬合計(jì)算，確定每個(gè)試件的疲勞裂紋擴(kuò)展速率參數(shù)

C

和

m，根據(jù)擬合計(jì)算結(jié)果，取

da/dN=10-7mm/周計(jì)算對(duì)應(yīng)的

ΔK

值為疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值ΔKth。2、試驗(yàn)結(jié)果及分析2.1疲勞裂紋擴(kuò)展壽命曲線按應(yīng)力比

0.1、0.2、0.3

和

0.5

進(jìn)行分組試驗(yàn)，每組

3

個(gè)試件，母材和對(duì)接焊縫共

12

組，共計(jì)

24

個(gè)試件。對(duì)這些試件進(jìn)行疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，可得到不同應(yīng)力比下的

a-N

曲線和材料疲勞壽命。圖

8

為4

種應(yīng)力比下對(duì)接焊縫裂紋初始擴(kuò)展段的

a-N

曲線。圖

8

中

a

為裂紋長(zhǎng)度，由試驗(yàn)時(shí)

COD

引伸計(jì)所測(cè)得的開口位移和式（1）、式（2）計(jì)算所得，N

為疲勞循環(huán)加載次數(shù)。由圖

8

可知，曲線均呈非單調(diào)增加，當(dāng)應(yīng)力比為

0.1

和

0.2

時(shí)，疲勞裂紋增長(zhǎng)過程中存在波動(dòng)；應(yīng)力比為

0.3

和

0.5

時(shí)，裂紋擴(kuò)展曲線先快速上升，然后緩慢下降。此外，在應(yīng)力比為

0.1、0.2、0.3

和

0.5

時(shí)，疲勞裂紋增長(zhǎng)曲線下降梯度最大值分別為

0.0017、0.0011、0.0010、0.0008mm/次。下降梯度受加載初期的裂紋閉合效應(yīng)影響，即：荷載作用下，在疲勞裂紋擴(kuò)展尖端附近存在一個(gè)殘余塑性變形區(qū)，使裂紋張開位移減小，裂紋面間提前接觸，導(dǎo)致疲勞裂紋擴(kuò)展的驅(qū)動(dòng)力降低。由此可見，隨應(yīng)力比增大，由荷載引起的塑性區(qū)裂紋尖端接觸應(yīng)力減小，即裂紋閉合效應(yīng)減小。圖

8對(duì)接焊縫裂紋初始擴(kuò)展段的

a-N

曲線圖

9

為不同應(yīng)力比下材料的a-N曲線，其中，M和Q分別表示母材試件和對(duì)接焊縫試件，如

0.1-M表示應(yīng)力比為0.1時(shí)母材試件的a-N

曲線。由圖9和表4可知，焊接試件疲勞裂紋增長(zhǎng)緩于母材，不同應(yīng)力比下對(duì)接焊縫試件疲勞壽命較母材分別增長(zhǎng)了23.11%、26.53%、7.79%

和

7.48%。上述結(jié)果表明應(yīng)力比較低（未超過

0.2）時(shí)，焊縫疲勞壽命增幅較大，隨應(yīng)力比增大，焊縫疲勞壽命增幅減小。圖

9不同應(yīng)力比下的

a-N

曲線表

4不同應(yīng)力比下材料疲勞壽命文獻(xiàn)對(duì)高強(qiáng)鋼

Q550D

母材進(jìn)行了疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)，應(yīng)力比

R=0.1，試驗(yàn)進(jìn)行了

3

組。圖

10為相同應(yīng)力比下

Q550E

和

Q550D

母材疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比。圖中

0.1-M

為本文中

Q550E的試驗(yàn)結(jié)果，Q550D-X

為文獻(xiàn)中3組母材的試驗(yàn)結(jié)果。由圖10可知，兩種材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線均呈指數(shù)式平滑上升，疲勞加載開始出現(xiàn)的偏差主要是由初始裂紋長(zhǎng)度設(shè)置不同造成的。圖

10Q550E

和

Q500D[9]高強(qiáng)鋼母材試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比2.2疲勞裂紋擴(kuò)展速率基于疲勞壽命曲線，可進(jìn)一步得到疲勞裂紋增長(zhǎng)速率

da/dN

及相應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值

ΔK。不同應(yīng)力比下母材與對(duì)接焊縫

da/dN-ΔK

曲線如圖

11所示。圖

11不同應(yīng)力比下疲勞裂紋增長(zhǎng)速率曲線采用

Paris

公式描述不同應(yīng)力比下母材和對(duì)接焊縫的疲勞裂紋擴(kuò)展速率，即式中：a

為疲勞裂紋長(zhǎng)度；N

為荷載循環(huán)次數(shù)；C

和

m為材料疲勞裂紋擴(kuò)展的無量綱常數(shù)。對(duì)式（4）兩邊分別取對(duì)數(shù)，則擬合得到的疲勞裂紋擴(kuò)展速率參數(shù)

m

和

lg

C如表

5所示。由式（5）可知，m和

lg

C值分別為

da/dN-ΔK

線性段斜率和截距。由表

5

可知，隨應(yīng)力比增大，疲勞裂紋擴(kuò)展速率參數(shù)

m

增大，lg

C

減小。相同應(yīng)力比下，焊縫處疲勞裂紋擴(kuò)展速率參數(shù)

m

約為母材的

2

倍。表

5疲勞裂紋擴(kuò)展參數(shù)圖12為不同應(yīng)力比下近門檻值區(qū)的疲勞裂紋增長(zhǎng)速率曲線。由圖12可知，隨應(yīng)力比增大，母材與對(duì)接焊縫近門檻值區(qū)疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線向左平移，表明隨應(yīng)力比增大，近門檻值區(qū)的應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值減小。由表5可知，當(dāng)應(yīng)力比由

0.1

增大至0.5

時(shí)，母材裂紋擴(kuò)展門檻值ΔKth由

6.37MPa·mm1/2減小至5.15MPa·mm1/2，降幅為19.2%；對(duì)接焊縫試件裂紋擴(kuò)展門檻值ΔKth由16.04MPa·mm1/2減小至

10.73

MPa·mm1/2，降幅為33.1%，這表明對(duì)接焊縫疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值對(duì)應(yīng)力比的變化更敏感。圖

12不同應(yīng)力比下近門檻值區(qū)疲勞裂紋增長(zhǎng)速率曲線3、有限元仿真分析3.1有限元模型基于有限元軟件FRANC3D與ABAQUS對(duì)Q550E母材和對(duì)接焊縫試件的疲勞裂紋擴(kuò)展行為進(jìn)行分析，如圖13（a）所示。采用ABAQUS建立CT試件的有限元分析模型，材料參數(shù)基于靜力拉伸試驗(yàn)結(jié)果，邊界及荷載條件如圖13（b）所示。單元網(wǎng)格劃分選用C3D20R單元，網(wǎng)格尺寸為2mm；對(duì)關(guān)鍵部位如切口和圓孔處進(jìn)行網(wǎng)格加密，加密處網(wǎng)格尺寸為

0.1mm。在

FRANC3D

中導(dǎo)入建立的有限元模型，將深度為

1.5mm

的半橢圓形初始裂紋插入CT試件切口處，對(duì)裂紋尖端網(wǎng)格進(jìn)行重構(gòu)和細(xì)化。借助ABAQUS對(duì)

FRANC3D帶裂紋的有限元模型進(jìn)行應(yīng)力分析，得到裂紋前沿應(yīng)力強(qiáng)度因子，如圖

13（c）所示?；诹鸭y前沿應(yīng)力強(qiáng)度因子，在

FRANC3D

內(nèi)采用

Paris

公式構(gòu)建裂紋擴(kuò)展模型，設(shè)置裂紋擴(kuò)展加載波形和應(yīng)力比，輸入試驗(yàn)參數(shù)C、m、ΔKth和Kc。其中，Kc為材料的斷裂韌性，指材料阻止裂紋擴(kuò)展的能力，即材料發(fā)生不穩(wěn)定斷裂時(shí)，材料顯示的阻抗值，取值為試驗(yàn)結(jié)束時(shí)的應(yīng)力強(qiáng)度因子。當(dāng)裂紋前沿應(yīng)力強(qiáng)度因子達(dá)

Kc時(shí)，計(jì)算結(jié)束。圖

13疲勞裂紋擴(kuò)展有限元模擬3.2仿真結(jié)果圖14為不同應(yīng)力比下裂紋前沿應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值。由圖14可知，半橢圓形裂紋兩側(cè)邊界應(yīng)力強(qiáng)度因子小于中間區(qū)段，且應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值隨應(yīng)力比增大而減小。圖15為不同應(yīng)力比下應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值變化規(guī)律。由圖15可知，隨疲勞裂紋長(zhǎng)度增長(zhǎng)，裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值增大，且增長(zhǎng)速率逐漸增大。有限元計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值吻合較好，最大誤差為

7.0%。上述結(jié)果表明提出的有限元聯(lián)合仿真方法能有效表征鋼材疲勞裂紋增長(zhǎng)過程中裂紋尖端的應(yīng)力狀態(tài)。圖

14疲勞裂紋前沿應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值圖

15不同應(yīng)力比下應(yīng)力強(qiáng)度因子幅值圖16為有限元仿真計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，圖中M和FEM-M分別表示母材試驗(yàn)結(jié)果和有限元計(jì)算結(jié)果。有限元分析采用的是理想彈塑性本構(gòu)模型，而試件在實(shí)際加工中，存在原材料組成和加工制造誤差，導(dǎo)致有限元仿真計(jì)算與試驗(yàn)結(jié)果有一定差異。由圖

16

可知，不同應(yīng)力比下母材與焊接試件的a-N

曲線有限元計(jì)算結(jié)果均與試驗(yàn)值吻合較好，疲勞壽命預(yù)測(cè)最大誤差分別為5.0%

和1.2%。這進(jìn)一步證明了提出的ABAQUS和

FRANC3D聯(lián)合仿真方法對(duì)Q550E高強(qiáng)鋼母材及對(duì)接焊縫疲勞裂紋擴(kuò)展分析的可行性，可用于基于材料疲勞裂紋增長(zhǎng)分析