【摘要】：船用高強(qiáng)鋼焊接過程中會(huì)產(chǎn)生很高的焊接殘余應(yīng)力,同時(shí)焊接過程會(huì)產(chǎn)生焊接缺陷,加速焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生疲勞破壞。深海耐壓結(jié)構(gòu),比如潛艇錐柱結(jié)合殼屬于典型的耐高壓殼體結(jié)構(gòu),高的焊接殘余應(yīng)力在錐柱結(jié)合處位置很容易產(chǎn)生疲勞裂紋,對(duì)于潛艇安全性產(chǎn)生很大的威脅。然而,一般的焊接件疲勞壽命分析沒有考慮焊接殘余應(yīng)力隨著循環(huán)載荷產(chǎn)生的釋放的影響,對(duì)于疲勞壽命預(yù)測(cè)存在誤差。因此,掌握考慮焊接殘余應(yīng)力釋放的深海結(jié)構(gòu)物在拉伸循環(huán)載荷作用下的疲勞壽命預(yù)報(bào)方法,對(duì)研究深海結(jié)構(gòu)物的疲勞特性具有非常重要意義。本文采用有限元仿真和試驗(yàn)相結(jié)合的分析方法。首先,開展高強(qiáng)鋼平板對(duì)接焊的焊接試驗(yàn)和殘余應(yīng)力釋放測(cè)試試驗(yàn);其次,開展焊接殘余應(yīng)力和釋放的有限元數(shù)值計(jì)算,并用試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證,在此基礎(chǔ)上提出焊接殘余應(yīng)力釋放的計(jì)算公式;再次開展疲勞裂紋擴(kuò)展試驗(yàn),確定裂紋擴(kuò)展速率曲線模型的相關(guān)參數(shù),提出考慮焊接殘余應(yīng)力釋放的疲勞裂紋擴(kuò)展預(yù)報(bào)方法,最后以潛艇錐柱耐壓殼縮尺比模型為例,闡述了考慮焊接殘余應(yīng)力釋放疲勞裂紋擴(kuò)展的計(jì)算方法和步驟。論文主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)歸納整理了疲勞和焊接殘余應(yīng)力研究領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和主要研究?jī)?nèi)容及方法。主要包括總結(jié)了焊接熱源的形式、模型以及基本方程,對(duì)于焊接殘余應(yīng)力釋放過程應(yīng)力場(chǎng)理論進(jìn)行了介紹;同時(shí),開展了疲勞理論分析方法的發(fā)展歷程及主要分支的歸納工作,討論各種方法適用對(duì)象及其優(yōu)勢(shì)劣勢(shì),尋找適合研究拉伸循環(huán)載荷下疲勞問題的理論分析方法;確定改進(jìn)的McEvily理論分析模型為本文主要理論分析方法,為后續(xù)理論模型建立和彈塑性有限元方法預(yù)報(bào)奠定基礎(chǔ)。(2)設(shè)計(jì)開展AH36船用高強(qiáng)鋼平板對(duì)接焊焊接試驗(yàn),根據(jù)船廠現(xiàn)場(chǎng)施工工藝技術(shù)進(jìn)行焊接工作;開展數(shù)值仿真模擬焊接殘余應(yīng)力,對(duì)比試驗(yàn)數(shù)據(jù),驗(yàn)證有限元數(shù)值仿真準(zhǔn)確性;同時(shí),研究焊接過程中影響初始焊接殘余應(yīng)力的因素。(3)設(shè)計(jì)開展AH36船用高強(qiáng)鋼焊接殘余應(yīng)力釋放試驗(yàn),對(duì)焊接試件進(jìn)行循環(huán)拉伸試驗(yàn),記錄焊接殘余應(yīng)力釋放情況;通過試驗(yàn)過程開展仿真計(jì)算,驗(yàn)證仿真計(jì)算正確性,同時(shí)開展三種循環(huán)載荷作用下焊接殘余應(yīng)力釋放仿真計(jì)算,提出試件內(nèi)部和表面橫向和縱向焊接殘余應(yīng)力釋放計(jì)算方法,并通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證模型的適應(yīng)性;最后,研究影響焊接殘余應(yīng)力釋放的因素。(4)開展AH36船用高強(qiáng)鋼在不同應(yīng)力比以及載荷次序作用的拉伸載荷下的疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn),計(jì)算不同應(yīng)力比下的改進(jìn)的McEvily模型中的相關(guān)參數(shù),得到適應(yīng)此材料的疲勞裂紋擴(kuò)展速率模型;同時(shí)對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,提出適應(yīng)該材料在不同載荷次序作用下的疲勞裂紋擴(kuò)展速率模型;提出考慮焊接殘余應(yīng)力釋放的疲勞壽命預(yù)報(bào)方法,以對(duì)接焊作為研究對(duì)象,進(jìn)行疲勞壽命研究。(5)選取潛艇錐柱結(jié)合處縮尺比模型作為研究對(duì)象,開展焊接殘余應(yīng)力分布情況研究,并討論焊接順序?qū)τ谧抵Y(jié)合殼焊接殘余應(yīng)力影響;在此基礎(chǔ)上基于第五章提出的考慮焊接殘余應(yīng)力的焊接件疲勞壽命分析方法,對(duì)錐柱結(jié)合處凸錐進(jìn)行疲勞壽命分析研究,詳細(xì)介紹了方法的計(jì)算過程,并對(duì)比相關(guān)文獻(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果,驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性。
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：U661.4

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本文編號(hào)：2785228