本文關鍵詞：X80管線鋼接頭的焊接溫度場及應力應變場的數(shù)值模擬

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【摘要】：焊接是一個涉及到電弧物理、傳熱、冶金以及力學的復雜過程。焊接現(xiàn)象包括焊接時的電磁、傳熱過程、金屬的熔化與凝固、冷卻時的相變以及焊接應力與變形等。隨著計算機計算水平的不斷提高和數(shù)值計算技術的飛速發(fā)展,有限元數(shù)值模擬成為研究各種焊接現(xiàn)象的重要手段。本文系統(tǒng)地論述了焊接過程的有限元分析理論,并以非線性有限元分析為平臺,以X80管線鋼焊接接頭為研究對象,結(jié)合金屬物理學、焊接傳熱學以及力學等學科的基本理論。并采用試驗與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法對非均質(zhì)的焊接接頭進行了溫度場以及應力應變場的模擬模擬,并通過熱模擬法、膨脹法以及金相法測定了X80管線鋼的SH-CCT圖。數(shù)值模擬采用的是法國ESI公司開發(fā)的有限元分析軟件SYSWELD,并使用更加符合實際情況的雙橢球熱源模型,動態(tài)模擬了X80管線鋼的整個焊接過程,獲得了焊接接頭的應力應變場的分布結(jié)果以及焊后殘余應力的分布規(guī)律。并掌握了焊縫、熔合區(qū)以及熱影響區(qū)的焊接熱循環(huán)曲線,這為進一步制定合理的焊接工藝路線提供了理論基礎。研究成果為建立管線鋼環(huán)焊縫韌性匹配原則提供理論指導,同時為油氣管道安全服役提供基礎依據(jù)。運用測溫系統(tǒng),采用在焊件表面安裝熱電偶的方式對焊件表面一些點的溫度進行了現(xiàn)場測量。結(jié)果表明,在所測點溫度的數(shù)值計算結(jié)果與試驗結(jié)果吻合良好,得到焊接接頭的溫度變化規(guī)律,而且驗證了模型的實用性。溫度場的數(shù)值模擬為進一步研究接頭的應力應變場打下堅實基礎。還對X80管線鋼焊后接頭的橫向以及縱向殘余應力進行了測定,結(jié)果表明,數(shù)值模擬結(jié)果與實際測得結(jié)果基本一致,從而驗證了焊接應力場數(shù)值模擬結(jié)果的正確性。本文通過試驗研究和模擬計算相結(jié)合,建立了科學可行的三維焊接溫度場及應力應變場的動態(tài)模擬分析方法,為復雜焊接結(jié)構進行三維焊接溫度場和應力應變場的分析提供了理論基礎,促進了有限元分析技術在焊接力學分析以及工程中的廣泛應用。
【學位授予單位】：湖南工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG457.11;TG407

【參考文獻】

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本文編號：1191991