【摘要】：隨著焊接工藝水平的提高，“一刀齊”總段合攏工藝已應(yīng)用于國內(nèi)大型船企民用船舶建造中。“一刀齊”對接工藝的采用，為分段無余量合攏提供了有利條件，極大的減輕了兩段船體在船臺上合攏的工作量，，有效縮短了產(chǎn)品研制時間和生產(chǎn)周期。但是，采用“一刀齊”對接工藝后船體的強(qiáng)度、剛度、殘余應(yīng)力和焊接變形、疲勞壽命等是否會有較大影響，影響程度如何等關(guān)鍵技術(shù)并沒有進(jìn)行過深入的研究和探討。 本文在理論研究和試驗(yàn)對比的基礎(chǔ)上，建立了典型焊接接頭焊接殘余應(yīng)力數(shù)值預(yù)報方法，分析了典型焊接接頭焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律及其對結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的影響；基于多尺度理論擬合得出了含裂紋典型焊接接頭極限強(qiáng)度計算公式；引入新R6失效評判圖對典型焊接接頭開展了失效評判，計算了典型焊接接頭在某荷載下的臨界裂紋長度；進(jìn)行了不同初始裂紋長度下典型焊接接頭的疲勞壽命預(yù)報；開展了典型焊接結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)研究。通過論文的系統(tǒng)研究，取得了一下主要研究成果： 1）通過平板對接焊數(shù)值模擬和試驗(yàn)值的對比分析，建立了典型焊接接頭焊接過程有限元數(shù)值模擬的方法和流程。進(jìn)而開展了不同對接工藝典型焊接接頭的焊接溫度場、應(yīng)力場的數(shù)值模擬研究，獲得了不同對接工藝典型焊接接頭的焊接溫度場、應(yīng)力場的分布規(guī)律和各自的特點(diǎn)。 2）針對不同邊界固定方式、不同焊材強(qiáng)度匹配對典型焊接接頭焊接殘余應(yīng)力場和位移場的影響開展研究。研究結(jié)果表明，不同的邊界固定方式會使不同對接工藝下的典型焊接接頭的焊接殘余應(yīng)力場和位移場重新分布，但對于殘余應(yīng)力和焊接變形的最大值沒有影響；采用不同焊材強(qiáng)度匹配對焊接殘余應(yīng)力有一定的影響，不同匹配間的最大差值為80MPa。 3）把多尺度理論與有限元技術(shù)相結(jié)合的方法用于含微裂紋缺陷結(jié)構(gòu)極限承載能力研究。利用本構(gòu)逼近法，把含微裂紋缺陷結(jié)構(gòu)極限承載能力研究過程劃分成介觀尺寸模型研究和宏觀尺寸模型研究兩部分進(jìn)行研究；把含微裂紋介觀尺寸模型作為典型焊接接頭的宏觀結(jié)構(gòu)中區(qū)別于常規(guī)材料屬性的部分嵌套至整體模型中參與計算，并建立了基于L4的正交表計算方案，開展典型焊接接頭整體結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度計算。 4）基于大量的算例，擬合得出了包含相對裂紋長度（RCL）、裂紋分布深度(CD)和裂紋分布比例(CRD)三個變量不同對接形式下典型焊接接頭極限強(qiáng)度計算公式�；跇O限強(qiáng)度擬合公式，分別開展了相對裂紋長度（RCL）、裂紋分布深度(CD)和裂紋分布比例(CRD)變量對典型焊接接頭極限承載能力影響的研究。同時，也開展了焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的影響研究。 5）利用新R6失效評定圖的失效評定方法，對典型焊接接頭進(jìn)行了失效評定。通過失效評定，獲得了典型焊接接頭隨初始裂紋長度變化的失效路徑曲線。根據(jù)失效路徑曲線可以得到不同對接形式的對接接頭的臨界初始裂紋長度。同時，針對第三章提出的焊接結(jié)構(gòu)允許最小裂紋長度進(jìn)行了失效評定研究，研究結(jié)果為結(jié)構(gòu)的完整性評估提供了有力的參考。 6）根據(jù)新R6失效評定圖的方法,開展了典型焊接接頭在167MPa、220MPa、335MPa和418MPa四種工作應(yīng)力水平下的失效評定研究。通過失效評定研究，獲得了四種工作應(yīng)力水平下典型焊接接頭的臨界裂紋尺寸，并把獲得的各評判點(diǎn)的裂紋臨界尺寸與試驗(yàn)測試結(jié)果進(jìn)行了對比分析，兩者吻合較好。 7）針對上述采用的微裂紋尺度，開展了含初始裂紋典型焊接接頭的疲勞壽命預(yù)報。通過疲勞壽命預(yù)報，獲得了初始裂紋長度與疲勞壽命的關(guān)系曲線，并根據(jù)典型焊接接頭的疲勞試驗(yàn)結(jié)果與預(yù)報的疲勞壽命進(jìn)行對比分析，獲得了試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的初始裂紋長度。
【圖文】：

圖 2.1 焊接溫度場、應(yīng)力場、應(yīng)變場和顯微組織狀態(tài)場的相互關(guān)系.2.1 The relationship of Temperature field, stress field, strain field and microstructure較合理的描述焊接過程中殘余應(yīng)力、焊接變形的產(chǎn)生機(jī)理和特性，通特性分解為溫度場、應(yīng)力場、變形場和顯微組織狀態(tài)場進(jìn)行分析。研究法對采用數(shù)值分析方法開展焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的研究很有價值場、變形場、顯微組織狀態(tài)場之間的關(guān)系如圖 2.1 所示。于焊接傳熱學(xué)過程的特點(diǎn)，建立了焊接溫度場和應(yīng)力場有限元數(shù)值模程。針對典型焊接接頭進(jìn)行了焊接過程的有限元數(shù)值模擬研究，獲得藝的典型焊接接頭焊接殘余應(yīng)力場和位移場的分布特點(diǎn)和規(guī)律。同時界條件、不同焊材強(qiáng)度匹配對典型焊接接頭殘余應(yīng)力場和位移場分布過程的有限元數(shù)值模擬

圖 2.2 距焊縫不同距離各點(diǎn)的焊接熱循環(huán)Fig.2.2 The weld thermal cycle different points away from t速度極高，在一般電弧焊時，可以達(dá)到 200—390 材金屬相變點(diǎn)，會對焊件冷卻后的微觀組織結(jié)構(gòu)變度，加熱最高溫度是對金屬組織變化起到?jīng)Q定性影響縫距離的不同會造成靠近焊縫區(qū)域的微觀組織結(jié)構(gòu)要指在相變點(diǎn)溫度上停留的時間。時間越長，金屬
【學(xué)位授予單位】：中國艦船研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：U671.8

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2529891