旋挖鉆機在基礎(chǔ)建設(shè)工程中應(yīng)用廣泛,鉆進系統(tǒng)中傳遞扭矩的鉆桿承受交變載荷和軸向鉆進載荷。焊接殘余應(yīng)力對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。精準的預(yù)測及控制焊接殘余應(yīng)力,具有重要的工程意義。鉆桿在實際工作過程中載荷變化較為復(fù)雜,本文將鉆桿和鍵條的焊接簡化為T型接頭焊接,研究坡口和循環(huán)載荷對焊接殘余應(yīng)力的影響。本文針對于T型接頭焊接利用有限元分析預(yù)測焊接殘余應(yīng)力的分布,與試驗對比驗證有限元分析的正確性。運用熱-彈塑性有限元分析方法模擬焊接過程,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準T型焊接接頭,本文探究焊接坡口形式對焊接溫度場、殘余應(yīng)力和變形的影響。計算結(jié)果表明,焊接坡口的形狀顯著影響最終的殘余應(yīng)力場,而對變形的影響較小。基于預(yù)測而得的焊接殘余應(yīng)力場,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)過程中,... 

【文章來源】：燕山大學(xué)河北省

【文章頁數(shù)】：64 頁

【學(xué)位級別】：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℃時奧氏體的分解，此時，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算量大幅增加。因而，屈服強度的建模中使用一個斜度較小的函數(shù)可以減小計算量。根據(jù)胡克定律，在應(yīng)力應(yīng)變曲線的彈性范圍（進入屈服階段之前）內(nèi)，應(yīng)變與應(yīng)力成比例。常溫條件下的單軸試驗中，此常數(shù)比即為楊氏模量，同時可以表面材料的彈性。對于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[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[13]174中表明低碳鋼在300℃時有一個急速的下降。大多數(shù)鋼材料室溫下的泊松比位于0.28至0.33之間。當前材料模型的泊松比假設(shè)為溫度上升至熔點時，泊松比為0.43。圖3-2隨溫度變化的屈服強度及楊氏模量由于拉力造成在此方向上的鋼材料的延長，而垂直于拉力方向的延長將會減弱。這一相對體積形狀上的改變可以通過泊松比和楊氏模量組成的體積模量進行表示，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-溫度上升至熔點時，泊松比為0.43。類似于楊氏模量，使得泊松比接近于0.43并無明確的物理背景，然而毫無疑問的是，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而引起物理上不現(xiàn)實的各向同性應(yīng)力。圖3-3展示了依賴于溫度變化的泊松比曲線。與文獻[13]175中泊松比變化相比較，此曲線進行了平滑化處理，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持續(xù)膨脹，同時密度隨著減�。环粗�，溫度下降時，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，如果進行焊后熱處理

【參考文獻】：
期刊論文
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