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电站锅炉T91钢焊接温度场和应力场的数值模拟

发布时间:2017-04-02 13:02

  本文关键词:电站锅炉T91钢焊接温度场和应力场的数值模拟,,由笔耕文化传播整理发布。


【摘要】:本文基于ANSYS平台,分别对T91/12CrlMoV、T91/G102异种钢接头和T91/T91同种钢接头的焊接动态温度场和应力场进行了研究。针对接头的几何特点和焊接过程的加热特点建立有限元模型,选用高斯分布的热源模型,利用函数的功能实现热源的移动。采用非均匀网格划分,在分析过程中充分考虑了相变潜热以及材料热物理性能和力学性能随温度的变化,并对材料的高温性能参数进行了适当的选取和调整。利用生死单元技术实现了双道焊打底焊道与盖面焊道焊接动态过程的依次模拟。模拟中采用间接法顺序耦合分析焊接过程的热—应力效应。并针对计算中存在的材料非线性、几何非线性问题,选用双线性材料模式,并采用小时间计算步长来提高计算的收敛性能,同时采用完全牛顿-拉普森方法进行焊接应力场的求解。 研究内容包括:对三类接头焊接过程温度场的模拟,分析了焊接过程中温度场的变化规律:对焊接过程的应力场进行了热-力耦合分析:讨论了两类不同强度级别的耐热异种钢接头的焊材选择方案;分析了焊前预热温度和焊后去应力热处理对各类耐热钢接头焊后残余应力的影响:模拟了实际工作载荷作用下各类接头中的应力分布状况,讨论了应力分布对接头使用寿命的影响。 模拟结果表明:为减小焊接残余应力,T91/G102、T91/12CrlMoV两类异种钢接头焊接时选择H10Cr5Mo中强焊材为宜;焊前预热对降低T91钢小口径薄壁管接头焊接残余应力意义不大,但对于改善接头根部的微观组织与力学性能乃至降低冷裂纹倾向均会起到积极作用;焊后去应力热处理有助于降低接头中的焊接残余应力,延长接头的使用寿命,其中对T91同种钢接头去应力效果尤为显著;在锅炉内长期高温工作载荷作用下,异种钢焊接接头中会发生应力松弛,但在低强钢一侧焊接热影响区仍存在较高拉伸应力峰值,易导致该部位的早期断裂失效。 利用盲孔法之钻孔法对部分接头外表面的焊接残余应力状况进行了实测,验证了本文中模拟结果的可靠性及模拟方法的合理性。
【关键词】:T91钢 异种钢接头 数值模拟 有限元 温度场 应力场
【学位授予单位】:合肥工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TG457.11
【目录】:
  • 第一章 绪论15-23
  • 1.1 课题产生背景15-16
  • 1.2 T91钢的特点16-17
  • 1.3 焊接数值模拟的概述17-18
  • 1.4 焊接数值模拟的研究发展18-22
  • 1.4.1 温度场模拟18-19
  • 1.4.2 应力场模拟19-21
  • 1.4.3 当前的研究重点21
  • 1.4.4 未来的发展趋势21-22
  • 1.5 课题的主要研究内容22-23
  • 第二章 有限元模型的建立23-30
  • 2.1 ANSYS软件简介23-24
  • 2.2 定义单元类型24-25
  • 2.3 定义材料属性25-26
  • 2.4 建立几何模型26-27
  • 2.5 网格划分27-28
  • 2.6 生死单元28-29
  • 2.7 本章小结29-30
  • 第三章 焊接温度场的计算30-39
  • 3.1 焊接温度场的基本理论30
  • 3.2 热源模型30-31
  • 3.3 潜热的处理31-32
  • 3.4 施加载荷32-33
  • 3.4.1 生热率32-33
  • 3.4.2 对流系数33
  • 3.5 求解措施33-35
  • 3.5.1 普通选项33-34
  • 3.5.2 非线性选项34
  • 3.5.3 输出控制34-35
  • 3.6 焊接温度场的计算结果35-38
  • 3.6.1 温度场总体分布状况35-37
  • 3.6.2 焊接热循环曲线37-38
  • 3.7 本章小结38-39
  • 第四章 焊接应力场的计算方法39-46
  • 4.1 焊接应力场的基本理论39-40
  • 4.2 耦合场分析40-41
  • 4.3 非线性问题41-43
  • 4.3.1 非线性的类型42
  • 4.3.2 非线性的处理42-43
  • 4.4 管道环焊缝接头残余应力分布的形成机理与特征43-44
  • 4.5 本章小结44-46
  • 第五章 焊接残余应力场的计算结果与分析46-58
  • 5.1 异种钢接头三种焊材选用方案的对比性研究46-49
  • 5.2 焊前不同预热温度对残余应力场分布状况的影响49-50
  • 5.3 焊后去应力热处理过程的数值模拟50-53
  • 5.4 工作载荷作用下的接头应力状况53-55
  • 5.5 T91/T91、T91/G102和G102/G102接头不同状态下的应力比较55-57
  • 5.6 本章小结57-58
  • 第六章 焊接残余应力场的测试验证58-62
  • 6.1 试验测量方法58-59
  • 6.1.1 测试原理58-59
  • 6.1.2 测试仪器及试件59
  • 6.1.3 试验测量过程59
  • 6.2 模拟计算结果与试验测量结果的比较与分析59-62
  • 第七章 结论62-63
  • 参考文献63-67
  • 硕士期间发表的论文67

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 姜运建;荆洪阳;徐连勇;张剑利;李剑;;P92钢管道焊接残余应力场研究[A];压力容器先进技术——第七届全国压力容器学术会议论文集[C];2009年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 曾芳;大型滑履磨机结构分析及焊接工艺研究[D];武汉理工大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 温志先;海上吊机底座在不同焊接工艺下变形的数值模拟[D];天津大学;2010年

2 常婧;DH40高强钢大厚板焊接及焊接残余应力有限元分析[D];江苏科技大学;2011年

3 赵红;用数值模拟的方法研究电站材料的焊接工艺[D];大连理工大学;2006年

4 王传标;熔焊热过程的数值模拟与综合分析[D];合肥工业大学;2008年

5 宋荣武;铝合金激光-MIG复合焊温度场的数值模拟[D];合肥工业大学;2010年

6 李春艳;非熔化盘式电极焊缝清根温度场与应力场的模拟研究[D];中国石油大学;2010年

7 刘为;汽车后驱动桥壳有限元分析[D];合肥工业大学;2012年

8 汪迎春;压力容器焊接应力与工作应力耦合的数值模拟[D];合肥工业大学;2012年


  本文关键词:电站锅炉T91钢焊接温度场和应力场的数值模拟,由笔耕文化传播整理发布。



本文编号:282518

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