董志波 王程程 李承昆 李峻臣 趙耀邦 歷吳愷 徐愛杰

摘要：

焊接接頭易出現(xiàn)缺陷和應(yīng)力集中，在疲勞載荷作用下將成為疲勞裂紋萌生和擴(kuò)展的薄弱區(qū)域。與均質(zhì)材料相比，接頭各區(qū)域微觀組織及應(yīng)力局部化使得焊接結(jié)構(gòu)疲勞問題進(jìn)一步復(fù)雜化。區(qū)別于理想實驗條件，實際焊接結(jié)構(gòu)服役環(huán)境復(fù)雜，疲勞壽命預(yù)測須考慮環(huán)境因素與焊接結(jié)構(gòu)耦合特性。為此，對影響焊接結(jié)構(gòu)的內(nèi)在因素進(jìn)行總結(jié)分析，從復(fù)雜載荷和極端服役環(huán)境兩方面對現(xiàn)有焊接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測模型進(jìn)行綜述，結(jié)合最新研究進(jìn)展對改進(jìn)焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命評估方法提出建議。

關(guān)鍵詞：焊接結(jié)構(gòu)；影響因素；復(fù)雜載荷；極端環(huán)境；壽命預(yù)測模型

中圖分類號：TG404

DOI：10.3969/j.issn.1004132X.2024.05.008

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Review for Research of Fatigue Life Prediction of Welded Structures

under Complex Loads and Extreme Environments

DONG Zhibo1? WANG Chengcheng1? LI Chengkun1? LI Junchen2? ZHAO Yaobang2

LI Wukai2? XU Aijie2

1.National Key Laboratory of Precision Welding & Joining of Materials and Structures，

Harbin Institute of Technology，Harbin，150001

2.Shanghai Spaceflight Precision Machinery Institute，Shanghai，201600

Abstract： The welded joints were susceptible to defects and stress concentration， rendering them vulnerable areas for fatigue crack initiation and propagation under fatigue loads. In comparison to homogeneous materials， the microstructure and stress localization in each of regions for the joints further complicated the fatigue issue in welded structures. Unlike ideal experimental conditions， the actual service environments of welded structures were intricate， it was necessity to consider the coupling characteristics between environmental factors and welded structures when predicting welded structure fatigue life. Therefore， the internal factors influencing welded structures were summarized and analyzed while reviewing existing life prediction models from perspectives encompassing complex loads and extreme service environment. Combining the latest research progresses， the recommendations were proposed to enhance fatigue life assessment methods for the welded structures.

Key words： welded structure； influencing factor； complex load； extreme environment； life prediction model

收稿日期：20240102

基金項目：中國航天科技集團(tuán)公司第八研究院產(chǎn)學(xué)研合作基金（SPMI 2022-09）；航空發(fā)動機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)重大專項基礎(chǔ)研究（J2019-Ⅶ-0012-0154）

0? 引言

疲勞失效占焊接結(jié)構(gòu)失效原因的70%～90%，由于幾何形狀突變、殘余應(yīng)力、焊接缺陷、組織演變等特點，接頭是焊接結(jié)構(gòu)疲勞失效的薄弱區(qū)域。此外，疲勞載荷作用下裂紋尖端易出現(xiàn)應(yīng)力松弛或重分布，導(dǎo)致出現(xiàn)循環(huán)硬化、軟化等瞬態(tài)過程。近年來，隨著航空航天、核電、海工等領(lǐng)域的發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)服役條件朝向承受復(fù)雜載荷、極冷極熱、腐蝕等極端環(huán)境的方向發(fā)展。鑒于經(jīng)濟(jì)性的需要，航天動力系統(tǒng)等關(guān)鍵零件循環(huán)利用成為研究熱點，對復(fù)雜條件下焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測模型的適用性及準(zhǔn)確性提出更高的要求。

根據(jù)預(yù)測模型中用于描述疲勞損傷的評估參量，傳統(tǒng)疲勞壽命預(yù)測可分為應(yīng)力壽命法、應(yīng)變壽命法、能量法、斷裂力學(xué)法等，現(xiàn)對具體方法及其特點進(jìn)行歸納。前三者分別以應(yīng)力、應(yīng)變、局部區(qū)域能量為參量，通常利用恒幅載荷下標(biāo)準(zhǔn)試件進(jìn)行疲勞試驗獲取相應(yīng)的評估參量壽命曲線，重點關(guān)注疲勞裂紋萌生階段。斷裂力學(xué)基于疲勞裂紋擴(kuò)展過程建立，前提假定試件存在初始損傷，通過計算裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子結(jié)合不同的裂紋擴(kuò)展速率模型計算疲勞壽命。與單一材料不同，焊接接頭不可避免地存在一定數(shù)量的焊接缺陷，缺陷尖端的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)會對焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命造成影響，相應(yīng)的疲勞壽命預(yù)測模型更為復(fù)雜，因此，基于傳統(tǒng)模型，結(jié)合對接頭疲勞失效行為的觀察，學(xué)者基于缺口理論和斷裂力學(xué)提出臨界距離理論和考慮應(yīng)力梯度的應(yīng)力場強(qiáng)度法等適用于焊接結(jié)構(gòu)的局部疲勞壽命預(yù)測模型。

復(fù)雜載荷、極端環(huán)境下焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測研究綜述——董志波? 王程程? 李承昆等

中國機(jī)械工程 第35卷 第5期 2024年5月

大量文章概述了焊接結(jié)構(gòu)壽命預(yù)測模型［1-3］，其內(nèi)容多集中在特定領(lǐng)域具體問題上對壽命預(yù)測模型進(jìn)行對比分析，缺乏對焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命影響因素和預(yù)測模型的系統(tǒng)性論述。此外，以往的研究對象通常處于常溫、常幅載荷等常規(guī)條件下，對壽命的預(yù)測不考慮實際工況的影響，而實際服役溫度、濕度及載荷情況往往是復(fù)雜的，若仍采用常規(guī)條件下的結(jié)論作為設(shè)計依據(jù)，會對結(jié)構(gòu)可靠性評估以及疲勞壽命預(yù)測的準(zhǔn)確性造成影響。

因此，本文考慮焊接結(jié)構(gòu)固有特性和作業(yè)特點對影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞行為的內(nèi)在因素進(jìn)行分析，以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步對復(fù)雜載荷和極端環(huán)境下的焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測方法進(jìn)行全面綜述。根據(jù)載荷特點，復(fù)雜載荷具體包括：①多種載荷形式組合作用的復(fù)合力學(xué)載荷；②載荷幅值變化的變幅載荷；③實際微小機(jī)械作用的隨機(jī)振動載荷。極端服役環(huán)境包括：①低溫環(huán)境和高溫環(huán)境；②腐蝕環(huán)境。通過對上述條件的焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測模型的歸納，本文旨在對焊接結(jié)構(gòu)服役疲勞壽命預(yù)測方法的選擇及預(yù)測模型的修正提供一定的理論參考，為工程實際中焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測模型的進(jìn)一步改進(jìn)提供建議。

1? 影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能的內(nèi)在因素

與非焊結(jié)構(gòu)疲勞問題對比，焊接結(jié)構(gòu)疲勞問題的特殊性體現(xiàn)在三個方面：①焊縫幾何突變或焊接缺陷導(dǎo)致的不連續(xù)性；②焊接熱循環(huán)和復(fù)雜相變導(dǎo)致的焊縫接頭材料不均勻性；③焊接過程中不均勻的熱機(jī)效應(yīng)導(dǎo)致的焊接殘余應(yīng)力。本節(jié)就上述因素對焊接接頭疲勞壽命的影響機(jī)制進(jìn)行分析，并介紹目前最新的研究現(xiàn)狀。

1.1? 焊接接頭的幾何不連續(xù)性

焊接接頭的幾何不連續(xù)性包含兩方面：一是為了滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求而產(chǎn)生的焊縫幾何形狀突變，如十字形接頭中焊趾、焊根等位置會導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，促進(jìn)疲勞裂紋的萌生，從而縮短結(jié)構(gòu)的疲勞壽命；二是由于焊接快速冶金過程產(chǎn)生的焊接缺陷，具體包括裂紋、孔穴、固體夾雜、未熔合和未焊透以及形狀缺陷，焊接缺陷會顯著縮短焊接接頭的疲勞壽命，并且高周疲勞對缺陷更加敏感。缺陷對疲勞壽命的影響機(jī)制較為復(fù)雜：一方面，焊接缺陷作為疲勞裂紋源，縮短疲勞裂紋萌生過程；另一方面，缺陷與焊縫基體的彈性模量不同，缺陷周圍基體易出現(xiàn)局部應(yīng)力集中，促進(jìn)疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展。LI等［4］指出焊接缺陷遠(yuǎn)場區(qū)處于循環(huán)彈性狀態(tài)，位錯堆積導(dǎo)致沿晶裂紋是遠(yuǎn)場區(qū)疲勞裂紋萌生的主導(dǎo)機(jī)制，而缺陷近場區(qū)處于循環(huán)塑性變形狀態(tài)，裂紋萌生主導(dǎo)機(jī)制為網(wǎng)狀位錯帶與基體晶界開裂導(dǎo)致的晶內(nèi)裂紋，而晶內(nèi)裂紋能夠更快地擴(kuò)展導(dǎo)致疲勞失效。此外，焊接缺陷引發(fā)的疲勞壽命取決于缺陷的尺寸、形狀、位置等因素及其交互作用。

1.2? 焊接殘余應(yīng)力局部集中

殘余應(yīng)力場會改變疲勞裂紋擴(kuò)展的路徑并加速裂紋擴(kuò)展速率，考慮殘余應(yīng)力能夠提高疲勞壽命預(yù)測的準(zhǔn)確性。殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響取決于應(yīng)力方向：拉伸殘余應(yīng)力使壽命縮短，壓縮殘余應(yīng)力有利于延長壽命。由于殘余應(yīng)力分布測定困難，為確定接頭殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響，通常采用等尺寸模型對焊接全過程進(jìn)行考量并考慮殘余應(yīng)力的不穩(wěn)定性，目前的研究主要采用數(shù)值模擬和試驗驗證相結(jié)合的方法。顧穎等［5］基于熱彈塑性有限元法計算焊接殘余應(yīng)力，并采用應(yīng)力映射技術(shù)將計算得到的殘余應(yīng)力映射到疲勞裂紋擴(kuò)展分析模型中，研究殘余拉/壓應(yīng)力對疲勞壽命的影響。GADALLAH等［6］認(rèn)為殘余應(yīng)力能夠影響不同長度疲勞裂紋尖端的擴(kuò)展驅(qū)動力，并對Paris-Elber模型中的裂紋擴(kuò)展驅(qū)動參量進(jìn)行修正，通過對不同擴(kuò)展階段裂紋尖端應(yīng)力進(jìn)行有限元模擬，指出殘余應(yīng)力會隨裂紋的擴(kuò)展發(fā)生動態(tài)重分布。NGOULA等［7］認(rèn)為，對于短裂紋，裂紋尖端塑性區(qū)范圍與裂紋長度相較不可忽略，考慮裂尖殘余應(yīng)力誘導(dǎo)裂紋閉合效應(yīng)，定義裂紋面間的接觸參數(shù)作為邊界條件，使用有效循環(huán)積分作為裂紋擴(kuò)展驅(qū)動參量，計算過程如圖1所示，有限元模擬結(jié)果和實測疲勞壽命取得了良好的一致性。圖1中，a為裂紋長度，N為循環(huán)次數(shù)，tcl為裂紋閉合時間，Scl為裂紋閉合應(yīng)力，ΔJeff為考慮裂紋閉合效應(yīng)的有限循環(huán)J積分，CJ、mJ為與材料相關(guān)的參數(shù)。

1.3? 焊接接頭各區(qū)域材料非均勻性

焊接母材、焊材間的成分差異，使得接頭各區(qū)域間的材料存在非均勻性。幾何不連續(xù)性與材料非均勻均會對焊接結(jié)構(gòu)高周疲勞壽命產(chǎn)生不利影響，兩者共存時，幾何不連續(xù)對疲勞損傷的影響占據(jù)主導(dǎo)地位。為了簡化高周疲勞壽命預(yù)測模型，往往忽略材料非均勻性。事實上，對于焊接結(jié)構(gòu)，材料非均勻?qū)ζ诘姆哿W(xué)行為、疲勞裂紋的萌生和擴(kuò)展具有一定的影響。TSUTSUMI等［8］通過對比模擬均勻接頭（NW-B）和非均勻接頭（NW-H）的疲勞行為，驗證了低周疲勞考慮材料非均勻的必要性。如圖2所示，NW-H接頭疲勞裂紋萌生位置及壽命預(yù)測更符合實測結(jié)果。

and NW-H joints［8］

2? 復(fù)雜載荷下焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測

目前，已有大量研究對恒幅載荷下疲勞壽命預(yù)測模型在焊接結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的適用性及準(zhǔn)確性進(jìn)行充分驗證，但有關(guān)復(fù)雜載荷作用下的疲勞失效行為和機(jī)制的研究報道較少。事實上，對于實際工程應(yīng)用中的焊接結(jié)構(gòu)，如高速列車、壓力容器、海洋工業(yè)等，服役載荷多為復(fù)合載荷、變幅載荷或隨機(jī)載荷等形式，載荷模式與接頭應(yīng)力狀態(tài)交互作用決定了焊接結(jié)構(gòu)疲勞行為的特殊性。

2.1? 復(fù)合力學(xué)載荷下的斷裂力學(xué)模型修正

實際焊接結(jié)構(gòu)服役期間往往承受由拉伸、彎曲、剪切和扭轉(zhuǎn)等多種載荷組合而成的復(fù)合力學(xué)載荷，如在移動車輛載荷作用下，鋼橋焊接接頭承受彎曲和剪切組合而成的復(fù)合載荷。復(fù)合載荷影響疲勞裂紋類型和擴(kuò)展速率，由純Ⅰ型轉(zhuǎn)變成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組合而成的復(fù)合型裂紋，因此從斷裂力學(xué)的角度討論復(fù)合載荷下的疲勞壽命預(yù)測。

斷裂力學(xué)通常利用緊湊拉伸試樣（compact tensile specimen，CTS）進(jìn)行試驗，但僅適用于裂紋擴(kuò)展方向恒定不變的情況。焊縫與基體界面處力學(xué)性能及晶粒取向差異較大，焊接接頭疲勞裂紋擴(kuò)展存在沿界面擴(kuò)展和沿界面轉(zhuǎn)到焊縫或母材基底兩種形式，即裂紋擴(kuò)展方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)［9］。針對上述現(xiàn)象，RICHARD等［10］提出一種用于計算混合型裂紋的等效應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍ΔKeq概念，其表達(dá)式如下：

ΔKeq=ΔKⅠ2+12ΔKⅠ+4（αΔKⅡ）2（1）

其中，ΔKⅠ、ΔKⅡ分別為Ⅰ、Ⅱ型裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍；α為常數(shù)，取α=1.155。則混合模式疲勞裂紋擴(kuò)展的Paris修改形式為

dadN=C（ΔKeq）n（2）

其中，C、n均為與材料相關(guān)的常數(shù)。

SHAKERI等［11］分別使用5083鋁合金焊接接頭和母材的CTS研究其在不同復(fù)合型載荷作用下疲勞裂紋擴(kuò)展速率，并考慮焊接殘余應(yīng)力的影響進(jìn)一步提出Ⅰ型裂紋有效應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍ΔKⅠ，ef概念，其表達(dá)式如下：

ΔKⅠ，ef=

Ka，max+Kr-（Ka，min+Kr）? Ka，min+Kr＞0

Ka，max+KrKa，min+Kr≤0（3）

其中，Ka，max、Ka，min分別為外加載荷應(yīng)力強(qiáng)度因子的最大值和最小值，Kr為殘余應(yīng)力對應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子值。則Richard等效有效應(yīng)力強(qiáng)度因子ΔKeq，ef可進(jìn)一步修正為

ΔKeq，ef=ΔKⅠ，ef2+12ΔKⅠ，ef+4（αΔKⅡ）2（4）

研究發(fā)現(xiàn)焊接殘余應(yīng)力僅對Ⅰ型裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子范圍造成影響，因此式（4）中ΔKⅡ保持不變。

對于焊縫彈塑性金屬，裂紋尖端附近存在大的塑性變形（plastic deformation，PD），基于線彈性斷裂力學(xué)小范圍屈服假設(shè)而提出的應(yīng)力場強(qiáng)度因子K不再適用，DOWLING等［12］提出使用J積分范圍代替K。然而焊接接頭裂紋類型并非純Ⅰ型裂紋，J積分無法考慮裂紋平行方向（Ⅱ型）和法向（Ⅲ型）裂紋擴(kuò)展能量的釋放，不適用于混合型疲勞裂紋。為此，ZHANG等［13］提出一種基于J積分的適用于彈塑性焊縫金屬界面復(fù)合型疲勞裂紋擴(kuò)展的Jk積分，其表達(dá)式如下：

Jk=∮Γ0（wnk-σjiuiknj）dS（5）

J1=Jk=1? J2=Jk=2

其中，Jk積分包含J1和J2積分兩部分，J1積分是裂紋尖端沿裂紋方向延伸單位距離時的能量釋放率，J2積分是裂紋尖端沿垂直裂紋方向延伸單位距離時的能量釋放率。式（5）中，Γ為裂紋封閉輪廓，w為應(yīng)變能密度，nk為位移梯度，σji為應(yīng)力張量，uik為位移分量，nj為Γ的單位向外法向量，dS為裂紋尖端閉合路徑上的微小積分。與傳統(tǒng)J積分相比，Jk積分更加適合表征復(fù)合載荷作用下裂紋尖端能量釋放情況，各種復(fù)合載荷條件下的疲勞裂紋擴(kuò)展速率與Jk積分間具有良好線性關(guān)系。

2.2? 考慮變幅載荷誘導(dǎo)殘余應(yīng)力的壽命預(yù)測

承受變幅載荷的結(jié)構(gòu)疲勞壽命取決于加載水平和順序。研究結(jié)果表明，適當(dāng)過載對疲勞裂紋擴(kuò)展具有抑制作用從而可提高疲勞壽命，欠載會促進(jìn)疲勞裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致疲勞壽命縮短?？紤]到實際服役情況，本部分主要討論過載對疲勞行為的影響。

諸多學(xué)者開展了單次或多次、偶然或周期過載下的焊接結(jié)構(gòu)疲勞試驗，過載對焊接結(jié)構(gòu)疲勞裂紋擴(kuò)展行為的影響機(jī)制分為以下兩種：

（1）過載誘導(dǎo)接頭應(yīng)力松弛。過載載荷會導(dǎo)致焊接接頭局部應(yīng)力集中部位進(jìn)入屈服狀態(tài)，而其他位置并未發(fā)生塑性變形，從而引入殘余壓應(yīng)力，降低焊接接頭應(yīng)力集中程度。SONSINO ［14］通過對比試驗指出過載導(dǎo)致焊接接頭發(fā)生局部塑性變形，引發(fā)接頭處拉伸殘余應(yīng)力松弛，并指出過載對焊接接頭疲勞行為的影響與材料強(qiáng)度、殘余應(yīng)力分布和載荷作用模式等因素的交互作用相關(guān)。PENNEC等［15］對偶然過載下的低合金高強(qiáng)鋼和深沖鋼的點焊疲勞性能的影響進(jìn)行研究，結(jié)果表明偶爾過載能夠消除低合金高強(qiáng)鋼點焊周圍的應(yīng)力集中從而改善其疲勞性能，而在深沖鋼電焊焊點根部會產(chǎn)生大量累積塑性應(yīng)變進(jìn)而導(dǎo)致其壽命降低。

（2）過載誘導(dǎo)裂紋閉合效應(yīng)。焊接接頭裂紋尖端處應(yīng)力集中，過載導(dǎo)致裂紋尖端發(fā)生塑性變形，在裂尖位置引入殘余壓應(yīng)力，從而誘導(dǎo)裂紋閉合，阻礙疲勞裂紋擴(kuò)展。ZHANG等［16］利用測量過載誘導(dǎo)的裂紋尖端塑性變形區(qū)范圍間接表征裂紋尖端殘余壓應(yīng)力大小，并與過載引起的裂紋尖端損傷區(qū)（damage zone，DZ）進(jìn)行對比，指出過載誘導(dǎo)塑性變形區(qū)對疲勞裂紋的阻礙作用明顯超過裂尖損傷區(qū)的負(fù)面作用，從而可提高材料抗疲勞性能。總體而言，過載誘導(dǎo)殘余壓應(yīng)力引發(fā)裂紋遲滯效應(yīng)是改善疲勞壽命的主要機(jī)制。

為準(zhǔn)確地預(yù)測過載疲勞壽命，AGERSKOV［17］開展了足尺寸海上鋼管節(jié)點系列疲勞試驗，指出Minner線性累積損傷準(zhǔn)則在變幅載荷壽命預(yù)測方面的不保守性，并指出壽命預(yù)測結(jié)果取決于實際加載載荷歷程。SHAHANI等［18］基于斷裂力學(xué)Paris公式，通過引入遲滯參數(shù)（Cp）*i，提出一種用于描述過載裂紋遲滯效應(yīng)的惠勒延遲模型，其表達(dá)式如下：

（dadN）retarded=（Cp）*i（dadN）CA（6）

（Cp）*i=

（rp，iaol+rp，ol-ai）m*? ai+rp，i＜aol+rp，ol

1ai+rp，i≥aol+rp，ol（7）

其中，（dadN）retarded為過載作用下的遲滯裂紋擴(kuò)展速率，（dadN）CA為恒幅載荷下的裂紋擴(kuò)展速率，m*為加載方式參量，aol為過載前的裂紋長度，rp，ol為過載導(dǎo)致的塑性區(qū)尺寸，ai為第i次加載導(dǎo)致的裂紋長度，rp，i為裂紋長度為ai時對應(yīng)的塑性區(qū)尺寸。

SHAKERI等［11］發(fā)現(xiàn)過載對復(fù)合型疲勞裂紋的擴(kuò)展同樣具有遲滯作用，如圖3所示，其中aol，end 為過載結(jié)束時的裂紋長度，它與aol之差為過載導(dǎo)致的裂紋長度?；谏鲜龌堇者t滯模型，進(jìn)一步考慮焊接殘余應(yīng)力的影響，對惠勒模型中的m*進(jìn)行修正，以拓寬惠勒遲滯模型在焊接結(jié)構(gòu)及復(fù)合載荷條件下的應(yīng)用，其具體表達(dá)式如下：

m*mⅠ=A（Kol? Ⅰ+KrKol? Ⅰ+Kol? Ⅱ+Kr）+B（8）

其中，mⅠ為Ⅰ型加載方式參量，A、B為試驗參數(shù)，Kol? Ⅰ、Kol? Ⅱ分別為過載作用下Ⅰ型、

Ⅱ型裂紋的應(yīng)力強(qiáng)度因子。

考慮到過載作用與焊接接頭塑性變形密切相關(guān)，基于J積分法，LEE等［19］提出一個由JⅠ、JⅡ、JⅢ組成的有效積分Je概念，在表征點焊接頭復(fù)合型裂紋過載疲勞壽命預(yù)測方面取得了良好的線性結(jié)果，Je表達(dá)式如下：

Je=JⅠ+βJⅡ+（1-ν）ηJⅢ（9）

其中，β、η為與材料斷裂韌性相關(guān)的參數(shù)，ν為泊松比。

2.3? 隨機(jī)振動載荷的頻域壽命預(yù)測方法

隨機(jī)振動載荷相當(dāng)于一定頻率的外部激勵，結(jié)構(gòu)受激勵作用產(chǎn)生振動響應(yīng)，當(dāng)外部激勵頻率與結(jié)構(gòu)自身固有頻率相近時會引發(fā)共振效應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞破壞。隨機(jī)載荷作用下，焊接結(jié)構(gòu)通常為多軸應(yīng)力狀態(tài)，各個方向應(yīng)力狀態(tài)獨立變化，難以定量評定疲勞損傷程度。傳統(tǒng)的單軸疲勞壽命預(yù)測方法無法考慮結(jié)構(gòu)共振產(chǎn)生的疲勞損傷，難以準(zhǔn)確預(yù)測隨機(jī)振動疲勞壽命。

面向隨機(jī)振動疲勞的方法分為時域法和頻域法。時域法載荷以時間歷程的形式給定，通過有限元計算結(jié)構(gòu)動態(tài)應(yīng)力響應(yīng)歷程，利用循環(huán)計數(shù)法進(jìn)行疲勞累積損傷計算。李志強(qiáng)等［20］考慮材料疲勞特性的離散度，采用時域法結(jié)合P-S-N曲線分析管路焊接結(jié)構(gòu)隨機(jī)振動疲勞損傷，該過程需要處理大量時域信號和數(shù)據(jù)，計算成本極高。

頻域法載荷以功率譜密度函數(shù)的形式給定，對有限元模型進(jìn)行頻率響應(yīng)分析，計算模型傳遞函數(shù)，通過頻域分析方法計算頻響函數(shù)，進(jìn)一步確定各階頻率下應(yīng)力功率譜響應(yīng)，統(tǒng)計循環(huán)應(yīng)力幅值分布以計算疲勞損傷，結(jié)合線性損傷模型及S-N曲線實現(xiàn)壽命預(yù)測，其中計算頻響函數(shù)以確定應(yīng)力功率譜響應(yīng)是頻域法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。沈民民等［21］分別利用時域法和頻域法對飛行器分布式連接結(jié)構(gòu)的振動特性進(jìn)行探究，并計算了不同工況下結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。

在多軸應(yīng)力狀態(tài)的頻域法中，將隨機(jī)振動理論與網(wǎng)格不敏感的結(jié)構(gòu)應(yīng)力法相結(jié)合，形成頻域等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力法以計算等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力頻響函數(shù)。進(jìn)一步考慮結(jié)構(gòu)動力學(xué)和模態(tài)疊加原理，出現(xiàn)了計算結(jié)構(gòu)應(yīng)力及各分量的模態(tài)結(jié)構(gòu)應(yīng)力法。為進(jìn)一步描述結(jié)構(gòu)在隨機(jī)載荷作用下的應(yīng)力分布，學(xué)者們提出了統(tǒng)計模型，其中較為常見的有Dirlik法、高斯三區(qū)間法和Tovo-Benasciutti譜矩方法等。聶春戈等［22］、申政等［23］分別將頻域等效結(jié)構(gòu)應(yīng)力法與高斯三區(qū)間法和Dirlik法結(jié)合，評估結(jié)果與試驗結(jié)果取得了良好的一致性。周曉坤等［24］針對復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)多軸隨機(jī)振動疲勞問題，采用模態(tài)結(jié)構(gòu)應(yīng)力法確定焊接接頭結(jié)構(gòu)應(yīng)力及各個方向應(yīng)力分量狀態(tài)，基于路徑依賴的最大范圍時域疲勞準(zhǔn)則，通過小規(guī)模數(shù)據(jù)驅(qū)動方法，提出了一種能夠描述焊接接頭多軸非比例應(yīng)力狀態(tài)的相關(guān)函數(shù)，該方法兼顧時域法的完整性以及頻域法的高效性，有效提高了焊接結(jié)構(gòu)多軸疲勞壽命預(yù)測準(zhǔn)確性，整體流程如圖4所示。

3? 極端環(huán)境下的焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測

低溫、高溫及腐蝕介質(zhì)環(huán)境會影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞裂紋擴(kuò)展速率和改變S-N曲線趨勢，對焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命具有顯著影響。

3.1? 考慮服役溫度的疲勞壽命預(yù)測

關(guān)于低溫疲勞壽命預(yù)測方法，BRAUN等［25］驗證了名義應(yīng)力等方法在低溫疲勞行為預(yù)測方面的適用性，并指出需要確定低溫疲勞評估的修正系數(shù)以提高預(yù)測準(zhǔn)確性。TOMITA等［26］、NAGODE等［27］采用線性累積損傷理論結(jié)合傳統(tǒng)應(yīng)力壽命曲線進(jìn)行低溫焊接疲勞壽命預(yù)測。楊柳青等［28］利用有限元分析和數(shù)據(jù)外推方法獲得了CRH5動車組車輪低溫環(huán)境服役的概率疲勞壽命曲線，對焊接結(jié)構(gòu)具有一定的借鑒意義?？傮w而言，現(xiàn)階段針對焊接結(jié)構(gòu)低溫疲勞失效的研究主要集中在S-N曲線及疲勞強(qiáng)度評估方面，低溫焊接結(jié)構(gòu)疲勞失效機(jī)制以及疲勞壽命預(yù)測模型研究尚未開展，仍缺乏準(zhǔn)確的低溫焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測模型。

關(guān)于高溫焊接結(jié)構(gòu)疲勞行為，與常溫恒幅循環(huán)載荷相比，蠕變、動態(tài)應(yīng)變時效、氧化等損傷機(jī)制與疲勞交互作用會導(dǎo)致疲勞壽命進(jìn)一步降低。目前考慮高溫影響的疲勞壽命預(yù)測模型方法分為兩種，一種是考慮高溫條件下的蠕變行為來進(jìn)行蠕變疲勞耦合交互作用的壽命預(yù)測，通常采用在循環(huán)交變載荷部分位置進(jìn)行保載，并引入蠕變損傷［29］，其加載波形如圖5所示，其中td為溫度保載時間;另一種是不考慮蠕變疲勞耦合作用，將溫度作為影響因素，且溫度和載荷視為外載處理［30］，其加載波形如圖6所示。

根據(jù)模型基本理論分類，蠕變疲勞交互壽命預(yù)測的方法主要分為Manson-Coffin方程法、線性損傷累積法、基于能量準(zhǔn)則法等。以Manson-Coffin方程為基礎(chǔ)，通過調(diào)整修正進(jìn)一步演變出頻率修正法、頻率分離法、應(yīng)變范圍劃分法等。采用Manson-Coffin方程法預(yù)測蠕變疲勞壽命會產(chǎn)生多條Manson-Coffin曲線，實際工程應(yīng)用難度大，并且沒有考慮到疲勞極限值的影響。為克服上述困難，相繼推出多種形式的應(yīng)力松弛法。線性損傷累積法包括延性耗竭模型、時間分?jǐn)?shù)法、平均應(yīng)變速率法等。宋宇軒等［31］等對比了三種不同應(yīng)力松弛方法的擬合準(zhǔn)確性，并對比了時間分?jǐn)?shù)法、延性耗竭法和兩種修正的模型對蠕變疲勞壽命預(yù)測的準(zhǔn)確性?；谀芰繙?zhǔn)則法包括應(yīng)變能頻率修正法、應(yīng)變能劃分法、應(yīng)變能密度耗竭模型等。劉德勝［32］基于損傷力學(xué)推導(dǎo)出一種平均應(yīng)變速率預(yù)測模型，并與頻率分離法和應(yīng)變能修正法進(jìn)行對比，驗證了該預(yù)測模型的準(zhǔn)確性。

除上述方法外，基于晶體塑性有限元能夠有效地從微觀角度表征疲勞裂紋驅(qū)動力［33］，在蠕變疲勞交互失效分析中具有廣泛應(yīng)用前景。ZHOU等［29］采用晶體塑性有限元法對P92鋼焊接接頭在650 ℃高溫下不同微區(qū)的力學(xué)響應(yīng)和損傷程度進(jìn)行模擬，并且對比了累積塑性滑移、應(yīng)變能耗散和凈滑移三種疲勞指示因子在描述蠕變疲勞局部損傷的準(zhǔn)確性。LI等［34］采用晶體塑性有限元方法定量分析了蠕變疲勞裂紋萌生的內(nèi)在機(jī)制，基于能量耗散準(zhǔn)則對蠕變、疲勞指標(biāo)進(jìn)行修正，進(jìn)一步提出一種基于微觀結(jié)構(gòu)的壽命預(yù)測方法，成功地預(yù)測了不同形式的蠕變疲勞交互作用壽命，并定量定義低周疲勞（low cycle fatigue，LCF）、高周疲勞（high cycle fatigue，HCF）、蠕變損傷對蠕變高低周復(fù)合疲勞損傷占比。LU等［35］對多晶和單晶材料蠕變疲勞損傷模式與保溫停留時間之間的關(guān)系進(jìn)行了解釋，如圖7所示，其中γ′、γ為材料組織。并基于晶體塑性有限元建立了一種考慮位錯密度的隨動硬化模型，將熱力學(xué)熵作為損傷參數(shù)，建立了高溫蠕變疲勞損傷有限元仿真及壽命預(yù)測模型，計算結(jié)果與試驗結(jié)果取得了良好的一致性。

將溫度視為外加載荷，耦合交變疲勞載荷的影響，劉小剛等［36］考慮溫度對屈服強(qiáng)度和晶粒度的影響，對Basquin模型中的參數(shù)進(jìn)行修正，建立了與溫度相關(guān)的電子束焊高溫疲勞壽命預(yù)測模型。這種方法無法闡明高溫疲勞失效內(nèi)在機(jī)制，僅依靠數(shù)據(jù)擬合建立疲勞壽命與溫度之間的關(guān)系式，具有一定的誤差。對于需要頻繁啟動停止或在服役環(huán)境溫度范圍較大的高溫部件，其內(nèi)部易產(chǎn)生波動熱應(yīng)力，與外加交變載荷協(xié)同作用，引起熱機(jī)械疲勞。李承昆等［37］考慮高溫環(huán)境對密排陣列孔柱層片結(jié)構(gòu)服役壽命的影響，將服役環(huán)境溫度視為外加載荷，通過計算規(guī)律溫度波動導(dǎo)致的熱應(yīng)力幅值，采用修正的Manson-Coffin公式計算熱機(jī)械疲勞壽命，但高溫下Manson-Coffin公式及參數(shù)的適應(yīng)性需要進(jìn)一步驗證。進(jìn)一步考慮焊接殘余應(yīng)力的影響，董志波等［38］對GH3230層板焊縫熱疲勞行為進(jìn)行研究，焊縫區(qū)域的整體應(yīng)力隨時間的變化情況如圖8所示，并利用修正的Manson-Coffin公式對層板焊縫熱疲勞壽命進(jìn)行了計算。相關(guān)研究結(jié)果表明，動態(tài)應(yīng)變時效和氧化損傷是熱機(jī)械疲勞主要的損傷形式，GUO等［39］研究了應(yīng)變幅和溫度相位角對熱機(jī)械疲勞性能的影響，基于傳統(tǒng)能量法預(yù)測熱機(jī)械疲勞壽命，考慮平均應(yīng)力和溫度相位角的影響提出一種改進(jìn)的能量法來預(yù)測熱機(jī)械疲勞壽命，提高了壽命預(yù)測精度。

3.2? 考慮腐蝕環(huán)境的疲勞壽命預(yù)測

對于海洋環(huán)境中服役的焊接結(jié)構(gòu)，焊接接頭處發(fā)生腐蝕疲勞損傷是常見的失效模式。腐蝕疲勞的本質(zhì)是電化學(xué)腐蝕損傷與疲勞損傷協(xié)同耦合，損傷程度遠(yuǎn)大于兩者單獨作用或簡單疊加作用產(chǎn)生的損傷程度，導(dǎo)致疲勞壽命顯著縮短。與均勻材料相比，接頭中的不均勻微觀組織、不連續(xù)缺陷以及應(yīng)力集中對腐蝕疲勞損傷具有促進(jìn)作用，導(dǎo)致焊接接頭腐蝕疲勞壽命進(jìn)一步降低，并且其損傷機(jī)制更為復(fù)雜。YADAV等［40］對2024-T3鋁合金攪拌摩擦焊腐蝕疲勞行為進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)腐蝕疲勞壽命僅為常規(guī)環(huán)境下的1/6，并指出Al基體附近金屬化合物腐蝕溶解導(dǎo)致的點蝕孔洞是疲勞壽命縮短的主要原因。JIN等［41］發(fā)現(xiàn)焊縫區(qū)及熱影響區(qū)與母材的裂紋擴(kuò)展機(jī)制不同，前兩者均為陽極溶解機(jī)制，而后者為氫致開裂。

常見的腐蝕疲勞壽命預(yù)測方法分為四種：①基于試驗數(shù)據(jù)擬合S-N曲線；②基于斷裂力學(xué)計算剩余疲勞壽命；③基于損傷力學(xué)構(gòu)建腐蝕疲勞損傷方程；④基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計綜合考慮各種因素。S-N曲線需要進(jìn)行大量腐蝕疲勞試驗，成本高并且試驗周期較長。

基于斷裂力學(xué)可以預(yù)測含初始裂紋結(jié)構(gòu)的剩余壽命，目前腐蝕疲勞斷裂力學(xué)模型主要有疊加模型、競爭模型、位錯偶極子模型和周期依賴型模型。RYAN等［42］對基于斷裂力學(xué)的腐蝕疲勞壽命預(yù)測模型進(jìn)行詳細(xì)的總結(jié)，考慮到目前多數(shù)模型仍使用線彈性斷裂力學(xué)應(yīng)力強(qiáng)度因子K作為評估參數(shù)，未考慮腐蝕環(huán)境介質(zhì)的影響，構(gòu)建了一種以K值變化率為參數(shù)的腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展模型，與試驗結(jié)果具有良好的一致性。XU等［43］考慮殘余應(yīng)力影響，基于Donahue模型建立焊接接頭疲勞裂紋擴(kuò)展模型，與二維陽極溶解模型進(jìn)行疊加，建立一種用于腐蝕疲勞裂紋擴(kuò)展預(yù)測的壽命模型。與常規(guī)環(huán)境疲勞階段相比，腐蝕疲勞交互作用的斷裂過程更為復(fù)雜，如圖9所示，包括表面破裂形成點蝕坑、點蝕坑生長、點蝕坑過渡裂紋萌生、裂紋擴(kuò)展等階段，基于斷裂力學(xué)預(yù)測腐蝕疲勞壽命忽略了點蝕坑形成、生長和過渡到微裂紋三個階段，僅關(guān)注裂紋擴(kuò)展過程，

無法對腐蝕疲勞全壽命進(jìn)行預(yù)測。

連續(xù)損傷力學(xué)將腐蝕坑等效為微觀缺口，將腐蝕疲勞損傷過程看作是損傷參量D的累積過程，可以進(jìn)行腐蝕疲勞損傷全壽命預(yù)測。韓忠英等［44］考慮應(yīng)力腐蝕和疲勞對腐蝕疲勞損傷的影響，基于非線性累加的損傷演化定律建立了腐蝕疲勞壽命預(yù)測模型。該方法將腐蝕疲勞損傷簡化成應(yīng)力腐蝕和疲勞損傷兩者之和，沒有考慮兩者之間的交互作用。譚娜等［45］基于線性累積損傷準(zhǔn)則，考慮載荷交互對疲勞裂紋形成的滯后效應(yīng)，提出引入耦合損傷指數(shù)和遲滯載荷對腐蝕疲勞損傷進(jìn)行修正。LIAO等［46］構(gòu)建了一種基于連續(xù)損傷力學(xué)的腐蝕疲勞壽命預(yù)測模型，將腐蝕疲勞損傷分成兩部分：①力對腐蝕損傷的促進(jìn)作用，②腐蝕損傷對疲勞裂紋的促進(jìn)作用，則腐蝕疲勞損傷演化方程為

dDdt=dDcordt+dDfadt（10）

其中，dDdt為腐蝕疲勞損傷演化速率，dDcordt為腐蝕損傷演化速率，dDfadt為疲勞損傷演化速率。根據(jù)原子熱微擾原理，定義正弦載荷波N次循環(huán)下的疲勞損傷演化，腐蝕損傷演化速率被簡化成與腐蝕速率和腐蝕坑尺寸變化率有關(guān)的量，最終確定腐蝕疲勞耦合壽命計算公式為

dDdN=f（DN-1，N）=

cf［Δσ2（D-1）］β1+1∫2π0H|sin θ|β1|cos θ|dθ+

a1m［Nm-（N-1）m］T0exp ΔσV（1-D）RT（11）

其中，cf為累積損傷參量，Δσ為應(yīng)力幅值，β1為與S-N曲線斜率相關(guān)的參量，H為與腐蝕環(huán)境相關(guān)參量，a1、m為與材料相關(guān)的參數(shù)，T0為一個載荷周期時間，θ=ωt，ω為載荷角頻率，V為摩爾體積，T為環(huán)境溫度，R為氣體常數(shù)。

除上述方法外，考慮到影響因素的多樣性和隨機(jī)性，利用數(shù)據(jù)驅(qū)動法研究腐蝕疲勞壽命是一種較為有效的方法。已有研究基于人工智能算法對一定特征條件下的腐蝕疲勞壽命進(jìn)行預(yù)測，其泛化能力差，穩(wěn)定性差，相對誤差較大。FENG等［47］通過分析不同因素對海洋焊接結(jié)構(gòu)疲勞性能影響的權(quán)重，提出了一種基于深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的混合數(shù)據(jù)驅(qū)動預(yù)測腐蝕疲勞壽命的方法，提高了預(yù)測模型的泛化能力。

4? 總結(jié)及建議

本文針對極冷極熱和腐蝕環(huán)境下服役的焊接結(jié)構(gòu)疲勞問題，結(jié)合對實際結(jié)構(gòu)服役載荷特性的分析歸類，基于現(xiàn)階段焊接結(jié)構(gòu)疲勞失效的研究進(jìn)展，揭示了影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞行為的內(nèi)在因素及機(jī)制，并以此為基礎(chǔ)，對考慮載荷條件及環(huán)境條件的疲勞壽命預(yù)測模型進(jìn)行概括，可以發(fā)現(xiàn)以下結(jié)論：

（1）焊接接頭幾何不連續(xù)性是影響焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命的重要因素，是目前多數(shù)疲勞壽命預(yù)測模型首要考慮的因素，尤其是包含角焊縫、十字焊縫、T形焊縫等復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)。多數(shù)模型不考慮材料非均勻性對疲勞壽命的影響，高周疲勞對焊接接頭材料非均勻性敏感程度更高，應(yīng)進(jìn)一步考慮材料非均勻性對高周疲勞裂紋擴(kuò)展及壽命的影響。此外，對于攪拌摩擦焊接及各種微觀組織復(fù)雜的新型復(fù)合焊接方法，應(yīng)進(jìn)一步關(guān)注接頭材料非均勻性對疲勞行為的影響。殘余應(yīng)力對疲勞壽命的影響效果取決于裂紋尖端應(yīng)力的方向，殘余應(yīng)力隨著裂紋擴(kuò)展會發(fā)生重分布并誘導(dǎo)裂紋閉合，熔焊接頭殘余應(yīng)力能夠達(dá)到母材屈服強(qiáng)度并且分布復(fù)雜，對其疲勞壽命的影響應(yīng)綜合考慮疲勞裂紋長度、裂紋尖端塑性區(qū)大小及其動態(tài)重分布效應(yīng)。

（2）對于承受復(fù)雜載荷條件的焊接結(jié)構(gòu)，復(fù)合載荷和變幅載荷會影響疲勞裂紋擴(kuò)展方向和速率，并進(jìn)一步改變焊接接頭殘余應(yīng)力分布情況，現(xiàn)有疲勞壽命預(yù)測多數(shù)針對接頭幾何缺陷，基于斷裂力學(xué)模型，進(jìn)一步考慮殘余應(yīng)力對裂紋擴(kuò)展驅(qū)動參數(shù)修正的方法，但并未考慮到上述方法在焊接接頭多軸應(yīng)力狀態(tài)的適用性。傳統(tǒng)模型無法包括隨機(jī)振動引發(fā)的共振效應(yīng)和多軸應(yīng)力問題，考慮結(jié)構(gòu)幾何特點和加載模式的結(jié)構(gòu)應(yīng)力法可以用于預(yù)測振動疲勞壽命，關(guān)鍵在于確定多軸應(yīng)力狀態(tài)的分解及函數(shù)表征。

（3）服役溫度及腐蝕介質(zhì)對焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命有顯著影響，由于低溫環(huán)境試驗條件實現(xiàn)困難，有關(guān)低溫疲勞方面的研究報道較少，少量研究基于低溫疲勞S-N曲線對現(xiàn)有應(yīng)力/應(yīng)變壽命模型進(jìn)行參數(shù)修正，焊接結(jié)構(gòu)低溫疲勞內(nèi)在機(jī)制尚不明確。高溫疲勞目前存在蠕變疲勞和熱疲勞兩種處理方式，前者考慮蠕變和疲勞交互耦合作用基于能量耗散準(zhǔn)則建立壽命預(yù)測模型，后者考慮高溫誘導(dǎo)動態(tài)時效應(yīng)變對與結(jié)構(gòu)應(yīng)變相關(guān)的M-C公式和能量法進(jìn)行修正。腐蝕疲勞是電化學(xué)腐蝕損傷和機(jī)械疲勞損傷兩種機(jī)制的耦合，基于傳統(tǒng)疲勞壽命預(yù)測模型引入腐蝕作用導(dǎo)致的疲勞擴(kuò)展驅(qū)動力或壽命損傷參量是目前腐蝕疲勞壽命預(yù)測模型的常見思路，關(guān)鍵在于如何耦合兩種損傷機(jī)制對焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響。

由于焊接結(jié)構(gòu)固有特點和服役特點的復(fù)雜性，考慮環(huán)境載荷等因素的實際焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命評估問題遠(yuǎn)未解決，尤其是考慮焊接結(jié)構(gòu)固有特性和實際復(fù)雜服役環(huán)境交互作用的情況。通過對焊接結(jié)構(gòu)疲勞失效行為及壽命預(yù)測模型的研究，今后的研究應(yīng)注意：

（1）目前焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測通常為單一因素和某一服役條件耦合作用，尚缺少對焊接結(jié)構(gòu)極端環(huán)境耦合載荷工況的多因素耦合模型的開發(fā)。對于實際焊接結(jié)構(gòu)，建立基于多因素耦合和失效機(jī)制且能夠反映疲勞失效本質(zhì)的疲勞壽命預(yù)測模型，對評估實際焊接結(jié)構(gòu)服役壽命具有顯著意義。

（2）目前多數(shù)焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命預(yù)測方法并不考慮模型在接頭多軸應(yīng)力狀態(tài)下的適用性，應(yīng)對其適用性進(jìn)行驗證。此外，應(yīng)進(jìn)一步推進(jìn)臨界距離和場強(qiáng)法等適用于多軸應(yīng)力狀態(tài)疲勞壽命預(yù)測方法在焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。

（3）目前多數(shù)疲勞數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)試件在等效簡單載荷條件下進(jìn)行疲勞試驗獲取，并忽略環(huán)境因素的影響，仍缺乏極端環(huán)境對焊接結(jié)構(gòu)疲勞行為影響機(jī)制的研究，如何通過理想試驗條件準(zhǔn)確預(yù)測實際結(jié)構(gòu)的疲勞壽命是值得研究的問題。

（4）焊接接頭在疲勞載荷作用下易發(fā)生循環(huán)硬化、循環(huán)軟化、應(yīng)力重分布等動態(tài)過程，考慮疲勞載荷對焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響能夠有效提高預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，仍需進(jìn)一步對環(huán)境條件導(dǎo)致的高溫蠕變、低溫脆變、腐蝕損傷等過程與疲勞損傷的耦合機(jī)制進(jìn)行試驗研究，獲取相關(guān)壽命數(shù)據(jù)。

（5）現(xiàn)有文獻(xiàn)中提供了大量的疲勞壽命數(shù)據(jù)，

基于機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘是焊接接頭精確壽命預(yù)測的一個重要的研究方向，能夠充分體現(xiàn)各個方面的因素對焊接結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響。

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（編輯? 胡佳慧）

作者簡介：

董志波，男，1975 年生，教授、博士研究生導(dǎo)師。研究方向為焊接結(jié)構(gòu)力學(xué)及可靠性評價。E-mail：dongzhb@hit.edu.cn。