本文選題：數(shù)值模擬 + 異種鋼焊接��； 參考：《重慶大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：異種金屬焊接接頭,近年來被越來越廣泛地應(yīng)用到核電裝備和工程機(jī)械設(shè)備等領(lǐng)域中以滿足各種復(fù)雜和苛刻條件的要求。焊接過程中,在不均勻溫度場的作用下,不可避免會(huì)產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和變形。異種金屬焊接接頭中由于各材料的熱物理性質(zhì)和力學(xué)性能間存在著較顯著的差異,因而容易導(dǎo)致異種金屬焊接接頭產(chǎn)生較大且不易被消除的焊接殘余應(yīng)力。此外,異種金屬接頭在焊接冷卻后殘余應(yīng)力與變形的分布與同種金屬接頭相比更為復(fù)雜。焊接殘余應(yīng)力和變形對焊接結(jié)構(gòu)的靜載強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及冷加工過程中的制造精度等都有非常不利的影響。因此,如何控制和減小焊接結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力與變形已經(jīng)成為備受關(guān)注的研究課題。作為基礎(chǔ)研究,本文以ABAQUS軟件為平臺(tái),開發(fā)了用于模擬多層多道焊接過程的熱-彈-塑性有限元計(jì)算方法。利用所開發(fā)的計(jì)算方法,對板厚10 mm的Q345/SUS304異種鋼平板對接接頭的溫度場、應(yīng)力場和變形進(jìn)行數(shù)值模擬,并通過試驗(yàn)方法驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。采用數(shù)值和試驗(yàn)的方法研究了Q345/SUS304異種鋼接頭殘余應(yīng)力和變形的分布規(guī)律,并研究了開口朝向和坡口形式對異種鋼接頭殘余應(yīng)力和變形的影響。為改善異種鋼接頭的焊接工藝、控制和減小異種鋼焊接殘余應(yīng)力與變形提供理論基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)研究表明:1)Q345/SUS304異種鋼對接接頭SUS304側(cè)的縱向拉伸應(yīng)力區(qū)域大于Q345側(cè),同時(shí)在Q345/焊縫(Y309L)的熔合線附近縱向拉伸應(yīng)力分布有明顯的不連續(xù)特征;Q345/SUS304異種鋼焊接接頭的橫向收縮和角變形都比較明顯。異種鋼焊接接頭角變形的大小更趨近于易發(fā)生變形的同質(zhì)SUS304不銹鋼接頭。2)K形坡口接頭開口朝向Q345側(cè)相較于朝向SUS304側(cè),焊縫附近的高拉伸殘余應(yīng)力區(qū)分布范圍和應(yīng)力峰值均明顯小于后者。數(shù)值和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,坡口形式(V形坡口和K形坡口)對接頭的角變形有明顯的影響。3)V形坡口接頭左、右兩側(cè)高縱向拉伸應(yīng)力區(qū)域均明顯大于X形坡口,V形坡口的橫向拉伸殘余應(yīng)力區(qū)域和峰值、橫向收縮和角變形均大于X形坡口。另外,在前人研究的基礎(chǔ)上,我們通過開發(fā)新的考慮加工硬化和退火的熱-彈-塑性有限元計(jì)算方法,模擬研究了核電站噴嘴構(gòu)件的焊接殘余應(yīng)力分布情況。這一實(shí)例研究對預(yù)測實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中的焊接殘余應(yīng)力具有一定的指導(dǎo)意義。
[Abstract]:In recent years, dissimilar metal welded joints have been more and more widely used in nuclear power equipment and construction machinery to meet the requirements of complex and harsh conditions. During welding process, welding residual stress and deformation will inevitably occur under the action of inhomogeneous temperature field. In the dissimilar metal welded joint, there are obvious differences between the thermophysical properties and mechanical properties of the materials, so it is easy to cause the welding residual stress of the dissimilar metal welded joint to be large and difficult to be eliminated. In addition, the distribution of residual stress and deformation of dissimilar metal joints after welding cooling is more complex than that of the same metal joints. The welding residual stress and deformation have very adverse effects on the static load strength, fatigue strength, structural stability and manufacturing accuracy during cold working of welded structures. Therefore, how to control and reduce the residual stress and deformation in welded structures has become a hot research topic. Based on Abaqus software, a thermo-elastic-plastic finite element method is developed to simulate multilayer and multi-pass welding process. Using the developed method, the temperature field, stress field and deformation of Q345 / SUS304 dissimilar plate butt joint with 10 mm thickness are numerically simulated, and the accuracy of the numerical simulation results are verified by the experimental method. The distribution of residual stress and deformation in Q345 / SUS304 dissimilar joints was studied by numerical and experimental methods, and the effects of opening direction and groove form on residual stress and deformation of dissimilar steel joints were studied. It provides a theoretical basis for improving welding process of dissimilar steel joint and controlling and reducing welding residual stress and deformation of dissimilar steel. The experimental results show that the longitudinal tensile stress region of SUS304 side of Q345 / SUS304 dissimilar steel butt joint is larger than that of Q345 side. At the same time, the longitudinal tensile stress distribution near the fusion line of Q345 / weld (Y309L) is obviously discontinuous. The transverse shrinkage and angular deformation of Q345 / SUS304 dissimilar steel welded joints are obvious. The angle deformation of dissimilar steel welded joints is closer to that of homogeneous SUS304 stainless steel joints which are prone to deformation. The distribution range and peak stress value of the high tensile residual stress region near the weld are obviously smaller than that of the latter. Numerical and experimental results show that the groove form (V-groove and K-groove) has a significant effect on the angular deformation of the joint. The region of high longitudinal tensile stress on the right side is obviously larger than the region and peak value of the transverse tensile residual stress of the V-shaped groove, and the transverse shrinkage and angular deformation are larger than that of the X-shaped groove. In addition, on the basis of previous studies, a new thermo-elastic-plastic finite element method considering work hardening and annealing is developed to simulate and study the distribution of welding residual stress in nozzles of nuclear power plants. This case study has certain guiding significance for predicting welding residual stress in practical engineering structures.
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG404

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本文編號：2057260