考虑焊接残余应力释放的锥柱耐压壳疲劳寿命预报方法研究

发布时间：2020-08-08 06:55

【摘要】：船用高强钢焊接过程中会产生很高的焊接残余应力,同时焊接过程会产生焊接缺陷,加速焊接结构产生疲劳破坏。深海耐压结构,比如潜艇锥柱结合壳属于典型的耐高压壳体结构,高的焊接残余应力在锥柱结合处位置很容易产生疲劳裂纹,对于潜艇安全性产生很大的威胁。然而,一般的焊接件疲劳寿命分析没有考虑焊接残余应力随着循环载荷产生的释放的影响,对于疲劳寿命预测存在误差。因此,掌握考虑焊接残余应力释放的深海结构物在拉伸循环载荷作用下的疲劳寿命预报方法,对研究深海结构物的疲劳特性具有非常重要意义。本文采用有限元仿真和试验相结合的分析方法。首先,开展高强钢平板对接焊的焊接试验和残余应力释放测试试验;其次,开展焊接残余应力和释放的有限元数值计算,并用试验结果进行验证,在此基础上提出焊接残余应力释放的计算公式;再次开展疲劳裂纹扩展试验,确定裂纹扩展速率曲线模型的相关参数,提出考虑焊接残余应力释放的疲劳裂纹扩展预报方法,最后以潜艇锥柱耐压壳缩尺比模型为例,阐述了考虑焊接残余应力释放疲劳裂纹扩展的计算方法和步骤。论文主要研究内容如下:(1)归纳整理了疲劳和焊接残余应力研究领域的国内外研究现状和主要研究内容及方法。主要包括总结了焊接热源的形式、模型以及基本方程,对于焊接残余应力释放过程应力场理论进行了介绍;同时,开展了疲劳理论分析方法的发展历程及主要分支的归纳工作,讨论各种方法适用对象及其优势劣势,寻找适合研究拉伸循环载荷下疲劳问题的理论分析方法;确定改进的McEvily理论分析模型为本文主要理论分析方法,为后续理论模型建立和弹塑性有限元方法预报奠定基础。(2)设计开展AH36船用高强钢平板对接焊焊接试验,根据船厂现场施工工艺技术进行焊接工作;开展数值仿真模拟焊接残余应力,对比试验数据,验证有限元数值仿真准确性;同时,研究焊接过程中影响初始焊接残余应力的因素。(3)设计开展AH36船用高强钢焊接残余应力释放试验,对焊接试件进行循环拉伸试验,记录焊接残余应力释放情况;通过试验过程开展仿真计算,验证仿真计算正确性,同时开展三种循环载荷作用下焊接残余应力释放仿真计算,提出试件内部和表面横向和纵向焊接残余应力释放计算方法,并通过试验数据验证模型的适应性;最后,研究影响焊接残余应力释放的因素。(4)开展AH36船用高强钢在不同应力比以及载荷次序作用的拉伸载荷下的疲劳裂纹扩展速率试验,计算不同应力比下的改进的McEvily模型中的相关参数,得到适应此材料的疲劳裂纹扩展速率模型;同时对模型参数进行优化,提出适应该材料在不同载荷次序作用下的疲劳裂纹扩展速率模型;提出考虑焊接残余应力释放的疲劳寿命预报方法,以对接焊作为研究对象,进行疲劳寿命研究。(5)选取潜艇锥柱结合处缩尺比模型作为研究对象,开展焊接残余应力分布情况研究,并讨论焊接顺序对于椎柱结合壳焊接残余应力影响;在此基础上基于第五章提出的考虑焊接残余应力的焊接件疲劳寿命分析方法,对锥柱结合处凸锥进行疲劳寿命分析研究,详细介绍了方法的计算过程,并对比相关文献试验结果,验证方法的准确性。
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U661.4

【相似文献】