【摘要】：薄板在焊接過(guò)程中容易出現(xiàn)焊接缺陷,常見(jiàn)的焊接缺陷有焊接初始變形(母材彎曲)、焊接角變形以及焊接錯(cuò)位�？紤]到焊接缺陷對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響,DNV規(guī)范中引入了應(yīng)力放大系數(shù)的概念,但是該規(guī)范推薦的應(yīng)力放大系數(shù)計(jì)算公式僅考慮了焊接角變形和焊接錯(cuò)位對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響,沒(méi)有考慮焊接初始變形對(duì)薄板對(duì)接接頭疲勞強(qiáng)度的影響,使得評(píng)估結(jié)果不準(zhǔn)確。本文同時(shí)考慮焊接角變形和焊接初始變形對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響,提出了一個(gè)新的應(yīng)力放大系數(shù)計(jì)算公式,并通過(guò)文獻(xiàn)中的試驗(yàn)資料驗(yàn)證該公式的準(zhǔn)確性。首先,本文采用局部角變形來(lái)表示薄板對(duì)接接頭的焊接初始變形,提出了考慮焊接初始變形以及焊接角變形影響的應(yīng)力放大系數(shù)計(jì)算模型,并推導(dǎo)出相應(yīng)的應(yīng)力放大系數(shù)公式。通過(guò)將該應(yīng)力放大系數(shù)公式的計(jì)算結(jié)果與規(guī)范中應(yīng)力放大系數(shù)公式的計(jì)算結(jié)果對(duì)比,可以得出如下結(jié)論:焊接初始變形對(duì)應(yīng)力放大系數(shù)的影響很大。然后,采用有限元軟件ANSYS,建立一系列不同焊接缺陷的薄板對(duì)接接頭有限元模型,計(jì)算得到不同對(duì)接接頭熱點(diǎn)應(yīng)力的大小。通過(guò)有限元計(jì)算結(jié)果與推導(dǎo)出的應(yīng)力放大系數(shù)公式的計(jì)算結(jié)果比較,推導(dǎo)得出的公式的計(jì)算結(jié)果存在較大誤差。根據(jù)對(duì)本文提出的應(yīng)力放大系數(shù)計(jì)算模型的分析可得,造成這一較大誤差的原因是推導(dǎo)出的公式考慮的是計(jì)算模型中最大的附加彎曲應(yīng)力而非薄板對(duì)接接頭焊趾處的附加彎曲應(yīng)力。因此,針對(duì)這一問(wèn)題對(duì)提出的理論公式進(jìn)行修正,然后將修正后的公式計(jì)算結(jié)果與數(shù)值分析結(jié)果進(jìn)行比較,驗(yàn)證了修正后的應(yīng)力放大系數(shù)公式的準(zhǔn)確性。最后,基于本文提出的應(yīng)力放大系數(shù)計(jì)算公式,重新評(píng)估薄板對(duì)接接頭的疲勞強(qiáng)度,研究的焊接接頭存在角變形、焊接錯(cuò)位和焊接初始變形等焊接缺陷。結(jié)果表明,僅考慮焊接錯(cuò)位和焊接角變形下的評(píng)估結(jié)果是安全的,但是評(píng)估結(jié)果過(guò)于保守;而基于本文提出的應(yīng)力放大系數(shù)計(jì)算公式對(duì)兩組不同焊接工藝的薄板對(duì)接接頭的疲勞強(qiáng)度評(píng)估結(jié)果更準(zhǔn)確,“分散帶”更窄;同時(shí)評(píng)估結(jié)果也驗(yàn)證了推導(dǎo)的理論公式的準(zhǔn)確性。
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U661.43
【圖文】：

集中使得接頭局部區(qū)域的應(yīng)力急劇增大，在循環(huán)載荷作用下，使得接頭應(yīng)力集中區(qū)產(chǎn)生疲勞裂紋或斷裂。不同的焊縫尺寸、接頭形式引起的焊趾處的應(yīng)力集中程度不同，除了焊縫尺寸和接頭形式外，焊接缺陷對(duì)應(yīng)力集中的影響也較大。本章主要分析不同接頭類型、焊縫形式及焊接缺陷引起的應(yīng)力集中對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響，并介紹 DNV 及 IIW 中收錄的焊接缺陷（焊接錯(cuò)位、焊接角變形）應(yīng)力放大系數(shù)計(jì)算式。2.1 應(yīng)力集中的基本概念2.1.1 應(yīng)力類型焊接節(jié)點(diǎn)處由于幾何類型復(fù)雜、加工工藝、焊接工藝和焊縫質(zhì)量等因素的影響，使得節(jié)點(diǎn)處的應(yīng)力狀態(tài)十分復(fù)雜。按區(qū)域可將應(yīng)力分為三類：名義應(yīng)力、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、缺口應(yīng)力，如圖 2-1 所示。名義應(yīng)力反映遠(yuǎn)離接頭區(qū)域橫截面的應(yīng)力水平；結(jié)構(gòu)應(yīng)力是靠近焊趾缺口的局部應(yīng)力；缺口應(yīng)力是焊趾缺口處的峰值應(yīng)力。

熱點(diǎn)應(yīng)力為結(jié)構(gòu)應(yīng)力的最大值，結(jié)構(gòu)應(yīng)力包括所有結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的對(duì)焊趾處應(yīng)力的影響，其大小取決于構(gòu)件整體尺寸和加載參數(shù)。在結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析時(shí)，需在厚度方向上從缺口應(yīng)力分離出結(jié)構(gòu)應(yīng)力，如圖 2-2 所示，在焊趾缺口處垂直于焊趾方向上，正應(yīng)力沿板厚方向是非線性分布，此時(shí)缺口應(yīng)力可分解為彎曲應(yīng)力、膜應(yīng)力、非線性峰值應(yīng)力。其中結(jié)構(gòu)應(yīng)力為彎曲應(yīng)力與膜應(yīng)力之和，即：s m bσ = σ + σ（2-1）式中：sσ 為結(jié)構(gòu)應(yīng)力，mσ 為薄膜應(yīng)力，bσ 為彎曲應(yīng)力。若已知應(yīng)力在板厚方向上的分布函數(shù)σ（ x） ，那么就有m01( ) dtx xtσ = σ （2-2）b206( ) ( ) d2ttx x xtσ = σ （2-3）

方法適用于應(yīng)力梯度較小的情況；如果應(yīng)力梯度大，那么就要采用三點(diǎn)二插值法，三點(diǎn)二次插值如圖 2-4 所示。兩種方法的計(jì)算公式分別為：2 s 1 1 s 2hot2 1σ ( ) σ( )σ = x x x xx x（2-4）2 3 3 2 1 1 3 1 3 2 1 2 2 1 3hot2 3 3 2 1 3 1 3 1 2 2 1- ( )+ - ( )+ - ( )- + - + -s s sx x x x x x x x x x x x x x xx x x x x x x x x x x xσ σ σσ =（ ） （ ） （ ）（ ） （ ） （ ）（2-5）中：hotσ 為焊趾處的熱點(diǎn)應(yīng)力；x1、x2、x3分別為外推點(diǎn) 1、2、3 與熱點(diǎn)之的距離；s 1σ ( x )、s 2σ ( x )、s 3σ ( x )分別為外推點(diǎn) 1、2、3 處的結(jié)構(gòu)正應(yīng)力。

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本文編號(hào)：2756314