纳入几何与材料统一拘束的焊接接头断裂预测和评价

发布时间：2020-08-08 01:55

【摘要】：焊接接头是工程结构中最容易发生失效的薄弱环节,其断裂影响结构的寿命与服役安全。由于焊接接头裂纹存在几何与材料复合拘束,其对裂尖应力场和接头断裂韧性具有显著影响,需要在接头的断裂预测和评价中考虑这种影响,以提高其安全评价的准确性。本文针对窄间隙焊接接头和核电安全端异种金属焊接接头,基于有限元数值计算和试验数据相结合的方法,主要研究了几何和材料复合拘束与焊接接头不同位置裂纹的延性断裂韧性的统一关联;单纯焊缝强度失配引起的宽范围材料拘束与断裂韧性的关联;及基于J-Ap二参数的核电安全端异种金属焊接接头试样和结构的断裂预测和评价。得到的主要结果如下:(1)对于窄间隙焊接接头,试样尺寸引起的面内/面外几何拘束和高强度失配引起的材料拘束及其交互作用对J-R阻力曲线和断裂韧性Jc具有显著影响。随几何拘束和材料拘束效应的增强,接头不同位置裂纹的J-R阻力曲线和断裂韧性Jc降低。因此,在接头的断裂预测和评价中需要定量化的纳入这些因素的影响。(2)对于窄间隙焊接接头中不同位置的裂纹,拘束参数Ap可以统一地表征其面内拘束、面外拘束和材料拘束,并可以和断裂韧性之间建立统一线性关联。该关联线为材料拘束断裂阻力线,可用于纳入拘束的结构断裂预测和评价。(3)对于窄间隙焊接接头裂纹,单纯由焊缝强度失配引起的宽范围材料拘束与断裂韧性之间也可以建立线性关联,表明在几何拘束一定的条件下,参数Ap也可以表征宽范围的材料拘束。(4)基于J-Ap二参数,通过材料拘束断裂阻力线与裂纹动力线相结合的方法可以预测焊接接头不同几何拘束和不同加载方式试样的断裂,预测结果与试验一致。预测和试验均表明,随焊接接头试样厚度(面外拘束)和裂纹深度a/W(面内拘束)的增加,断裂韧性降低。(5)基于J-Ap组合参数J/(Jref*(?))可以预测核电安全端焊接接头结构中半椭圆内表面裂纹的起裂位置。基于J-Ap 二参数,通过材料拘束断裂阻力线与裂纹动力线相结合的方法,可以预测安全端焊接结构不同位置裂纹的断裂起裂。与传统单参数的预测相比,可降低保守性。在裂纹前沿起裂位置的J-Ap二参数计算可得到更为准确的评价结果。
【学位授予单位】：华东理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG407

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本文编号：2784860