旋挖鉆機(jī)在基礎(chǔ)建設(shè)工程中應(yīng)用廣泛,鉆進(jìn)系統(tǒng)中傳遞扭矩的鉆桿承受交變載荷和軸向鉆進(jìn)載荷。焊接殘余應(yīng)力對(duì)鉆桿的使用性能和可靠性產(chǎn)生不利影響,損壞部位多位于鉆桿和鍵條的焊接接頭處。精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)及控制焊接殘余應(yīng)力,具有重要的工程意義。鉆桿在實(shí)際工作過(guò)程中載荷變化較為復(fù)雜,本文將鉆桿和鍵條的焊接簡(jiǎn)化為T型接頭焊接,研究坡口和循環(huán)載荷對(duì)焊接殘余應(yīng)力的影響。本文針對(duì)于T型接頭焊接利用有限元分析預(yù)測(cè)焊接殘余應(yīng)力的分布,與試驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證有限元分析的正確性。運(yùn)用熱-彈塑性有限元分析方法模擬焊接過(guò)程,利用單元生死子程序模擬焊縫材料的填充作用。鑒于鉆桿和鍵條的焊接接頭不同于標(biāo)準(zhǔn)T型焊接接頭,本文探究焊接坡口形式對(duì)焊接溫度場(chǎng)、殘余應(yīng)力和變形的影響。計(jì)算結(jié)果表明,焊接坡口的形狀顯著影響最終的殘余應(yīng)力場(chǎng),而對(duì)變形的影響較小�；陬A(yù)測(cè)而得的焊接殘余應(yīng)力場(chǎng),研究外加循環(huán)載荷的大小、應(yīng)力比及方向?qū)堄鄳?yīng)力釋放的影響。結(jié)果表明,殘余應(yīng)力的釋放量依賴于循環(huán)載荷的應(yīng)力幅值,殘余應(yīng)力的釋放量隨應(yīng)力幅值的上升而增加。縱向循環(huán)載荷只改變焊接殘余應(yīng)力的大小,而不會(huì)改變其分布特征。殘余應(yīng)力的釋放主要發(fā)生在循環(huán)載荷作用的第一次應(yīng)力循環(huán)過(guò)程中,... 

【文章來(lái)源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁(yè)數(shù)】：64 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

隨溫度變化的導(dǎo)熱系數(shù)及比熱低碳鋼中相變的最大影響為發(fā)生在750℃時(shí)奧氏體的分解，此時(shí)，依賴于溫度變化的比熱如圖3-1所示

第3章材料模型和熱源模型-13-不同區(qū)域的材料劃分為塑性和彈性區(qū)域，考慮到焊接熱源附近的高溫度梯度，其依賴于溫度變化的非線性行為使得計(jì)算量大幅增加。因而，屈服強(qiáng)度的建模中使用一個(gè)斜度較小的函數(shù)可以減小計(jì)算量。根據(jù)胡克定律，在應(yīng)力應(yīng)變曲線的彈性范圍（進(jìn)入屈服階段之前）內(nèi)，應(yīng)變與應(yīng)力成比例。常溫條件下的單軸試驗(yàn)中，此常數(shù)比即為楊氏模量，同時(shí)可以表面材料的彈性。對(duì)于400℃以上的低碳鋼，隨著楊氏模量的減小，剛度隨之減校圖3-2中楊氏模量隨溫度變化，同時(shí)考慮400℃之后的剛度下降，盡管剛度的下降早于此溫度。一般400℃之下的剛度保持在200GPa左右，750℃時(shí)隨著奧氏體的轉(zhuǎn)變，楊氏模量下降為150GPa，而后開始迅速的降低。文獻(xiàn)[43]中，奧氏體轉(zhuǎn)變導(dǎo)致的楊氏模量下降發(fā)生在650℃，文獻(xiàn)[13]174中表明低碳鋼在300℃時(shí)有一個(gè)急速的下降。大多數(shù)鋼材料室溫下的泊松比位于0.28至0.33之間。當(dāng)前材料模型的泊松比假設(shè)為溫度上升至熔點(diǎn)時(shí)，泊松比為0.43。圖3-2隨溫度變化的屈服強(qiáng)度及楊氏模量由于拉力造成在此方向上的鋼材料的延長(zhǎng)，而垂直于拉力方向的延長(zhǎng)將會(huì)減弱。這一相對(duì)體積形狀上的改變可以通過(guò)泊松比和楊氏模量組成的體積模量進(jìn)行表示，大多數(shù)鋼材料室溫下的泊松比位于0.28至0.33之間。當(dāng)前材料模型的泊松比假設(shè)為

燕山大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-14-溫度上升至熔點(diǎn)時(shí)，泊松比為0.43。類似于楊氏模量，使得泊松比接近于0.43并無(wú)明確的物理背景，然而毫無(wú)疑問(wèn)的是，彈性模量和剪切模量必然隨著溫度的上升而減校泊松比、彈性模量及剪切模量的組合，體積模量可以增加進(jìn)而引起物理上不現(xiàn)實(shí)的各向同性應(yīng)力。圖3-3展示了依賴于溫度變化的泊松比曲線。與文獻(xiàn)[13]175中泊松比變化相比較，此曲線進(jìn)行了平滑化處理，前者中隨著奧氏體轉(zhuǎn)變附件的楊氏模量迅速下降，泊松比迅速增加至0.4以上。圖3-3隨溫度變化的泊松比不斷增高的溫度下，不受任何約束的物體在將會(huì)持續(xù)膨脹，同時(shí)密度隨著減小；反之，溫度下降時(shí)，物體收縮。這一行為被稱為熱膨脹，應(yīng)變和溫度之間的比例因子為熱膨脹系數(shù)。一定程度上熱膨脹系數(shù)和單位體積的比熱決定了力學(xué)分析中的熱載荷。例如，相比于普通的碳鋼，不銹鋼具有較高的熱膨脹系數(shù)，盡管外部約束的存在，仍可能造成較大的扭曲變形。至于異種材料的焊接，熱膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致最終不同的扭曲變形及殘余應(yīng)力。焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力分布很大程度上類似于相似的金屬焊接，如果進(jìn)行焊后熱處理

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[4]旋挖鉆機(jī)變幅機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)建模與仿真[J]. 康輝梅,何清華,朱建新.  中南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版). 2010(02)
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[8]焊接殘余應(yīng)力形成機(jī)制與消除原理若干問(wèn)題的討論[J]. 汪建華,陸?zhàn)?  焊接學(xué)報(bào). 2002(03)



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