本文關(guān)鍵詞：殘余應(yīng)力場對超高強鋼焊接接頭疲勞裂紋擴(kuò)展行為的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：為滿足船舶與海洋結(jié)構(gòu)的大型化、輕量化要求，更高強度的合金鋼材料得以廣泛應(yīng)用。船體通常為大型焊接結(jié)構(gòu)，然而高強度伴隨而來的是對材料焊接性的挑戰(zhàn)。研究表明，多數(shù)結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂都發(fā)生焊接接頭，而對其疲勞裂紋擴(kuò)展行為卻缺乏細(xì)致研究。焊接冷裂紋等缺欠會降低結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。殘余應(yīng)力對焊接接頭疲勞裂紋的擴(kuò)展具有重要的影響。 本文首先研究不含殘余應(yīng)力的焊接接頭的疲勞裂紋擴(kuò)展速率，通過有限元模擬技術(shù)，對平板對接堆焊接頭試樣的殘余應(yīng)力場以及焊后疲勞裂紋擴(kuò)展過程進(jìn)行了模擬分析。研究了殘余應(yīng)力對外加循環(huán)載荷最大值及應(yīng)力比的影響以及最終對裂紋擴(kuò)展速率的影響。并得出了統(tǒng)一的疲勞裂紋擴(kuò)展速率的歸一化公式。主要研究內(nèi)容如下所述： 研究了焊態(tài)和退火態(tài)的接頭組織及性能變化，結(jié)果表明去應(yīng)力退火對焊接接頭組織及硬度影響較小，退火后殘余應(yīng)力明顯減小，接近無殘余應(yīng)力狀態(tài)。對母材及退火態(tài)的焊接接頭在進(jìn)行裂紋擴(kuò)展速率試驗，得到無殘余應(yīng)力影響時疲勞裂紋的擴(kuò)展規(guī)律。結(jié)果表明，在雙對數(shù)坐標(biāo)系下，疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線都保持良好的線性關(guān)系；在焊縫中，隨著應(yīng)力比的增大，da/dN-K曲線向左發(fā)生偏移，擴(kuò)展速率增大。在母材中由于“裂紋閉合”作用，曲線表現(xiàn)出與之不同的規(guī)律。提出滿足不同條件的疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線表達(dá)式da/dN=C[f(R) K]m，其中f(R)是關(guān)于應(yīng)力比的函數(shù)。 運用有限元數(shù)值模擬焊后殘余應(yīng)力場以及疲勞裂紋擴(kuò)展過程，得到殘余應(yīng)力的重分布規(guī)律:隨著裂紋的擴(kuò)展，殘余應(yīng)力不斷發(fā)生重分布，應(yīng)力峰值逐漸降低。計算得到不同裂紋長度時殘余應(yīng)力作用下的應(yīng)力強度因子Kres。結(jié)果表明，隨著裂紋的擴(kuò)展，Kres不斷減小，，殘余應(yīng)力對裂紋擴(kuò)展的影響減弱。 通過中心裂紋疲勞拉伸試驗獲得殘余應(yīng)力作用下焊接接頭的疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線，不同應(yīng)力比下曲線離散分布。用模擬得到的Kres對應(yīng)力比進(jìn)行修正，最終得到了殘余應(yīng)力場中疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線歸一化的表達(dá)式da/dN=C[f(Reff) K]m，Reff為修正后的有效應(yīng)力比，該公式具有很好的歸一化效果。
【關(guān)鍵詞】：超高強鋼 殘余應(yīng)力重分布 應(yīng)力強度因子 疲勞裂紋擴(kuò)展 有效應(yīng)力比
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TG457.11;TG407
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-19
• 1.1 課題背景及研究意義9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-17
• 1.2.1 焊接殘余應(yīng)力有限元模擬10-12
• 1.2.2 疲勞裂紋擴(kuò)展速率的基本公式研究12-16
• 1.2.3 殘余應(yīng)力對疲勞裂紋擴(kuò)展速率的影響16-17
• 1.3 本課題主要研究內(nèi)容17-19
• 第2章 實驗方法簡介19-24
• 2.1 引言19
• 2.2 試驗材料19
• 2.3 焊接試驗19
• 2.4 焊接溫度場及殘余應(yīng)力的測量方法19-21
• 2.5 焊接接頭性能測試方法21-22
• 2.5.1 室溫拉伸試驗21
• 2.5.2 金相組織觀察及硬度測試21-22
• 2.6 疲勞裂紋擴(kuò)展速率試驗22-23
• 2.7 本章小結(jié)23-24
• 第3章 無殘余應(yīng)力接頭疲勞裂紋擴(kuò)展速率特性研究24-40
• 3.1 引言24
• 3.2 材料與試樣準(zhǔn)備24-28
• 3.2.1 試樣的殘余應(yīng)力測量24-25
• 3.2.2 試樣金相分析25-27
• 3.2.3 試樣硬度測試與分析27-28
• 3.3 試驗原理28
• 3.4 試驗方法28-29
• 3.5 疲勞裂紋擴(kuò)展速率測試結(jié)果和分析29-31
• 3.6 疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線的歸一化處理31-35
• 3.7 殘余應(yīng)力對 da/dN 影響的初步定量分析35-38
• 3.8 本章小結(jié)38-40
• 第4章 焊接殘余應(yīng)力的有限元模擬40-50
• 4.1 引言40
• 4.2 材料性能參數(shù)研究40-42
• 4.2.1 室溫拉伸性能40-41
• 4.2.2 材料高溫拉伸性能及熱物理性能41-42
• 4.3 有限元模型的建立42-45
• 4.3.1 平板對接堆焊模型的建立及網(wǎng)格的劃分42
• 4.3.2 有限元模型準(zhǔn)確性驗證42-44
• 4.3.3 焊后冷裂紋擴(kuò)展過程有限元模型的建立44-45
• 4.4 有限元模型計算結(jié)果45-47
• 4.4.1 塑性區(qū)分布情況45-46
• 4.4.2 殘余應(yīng)力的計算結(jié)果46-47
• 4.5 殘余應(yīng)力作用下應(yīng)力強度因子 Kres的計算47-49
• 4.5.1 應(yīng)力法47-48
• 4.5.2 解析法48-49
• 4.6 本章小結(jié)49-50
• 第5章 焊接殘余應(yīng)力對疲勞裂紋擴(kuò)展特性的影響50-63
• 5.1 引言50
• 5.2 試驗方案50-51
• 5.3 實驗數(shù)據(jù)處理51-56
• 5.3.1 有限單元法求解應(yīng)力強度因子51-55
• 5.3.2 實驗結(jié)果55-56
• 5.4 實驗結(jié)果分析56-59
• 5.4.1 試樣類型的影響56-57
• 5.4.2 組織的影響57
• 5.4.3 殘余應(yīng)力與應(yīng)力比的影響57-59
• 5.5 殘余應(yīng)力場中疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線歸一化59-61
• 5.6 本章小節(jié)61-63
• 結(jié)論63-64
• 參考文獻(xiàn)64-69
• 致謝69

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黃小平,韓蕓,崔維成,萬正權(quán),卞如岡;變幅載荷作用下焊接接頭疲勞壽命預(yù)測方法[J];船舶力學(xué);2005年01期

2 張瑞華;片山

本文編號：269552