核电压力容器安全端焊接接头残余应力场数值模拟研究

发布时间：2017-08-12 01:28

  本文关键词：核电压力容器安全端焊接接头残余应力场数值模拟研究

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【摘要】：压力容器安全端异种金属焊接接头作为关键核电结构,其安全性能直接影响着核电站的安全运营。而安全端焊接过程所产生的焊接残余应力,是压力容器安全端焊接接头破坏和失效的主要因素之一。为了解压力容器安全端异种金属焊接接头残余应力的分布规律,本文采用有限元数值模拟方法,完成的主要研究工作有:(1)以异种金属双V型坡口焊接接头平板对接焊为研究对象,利用ANSYS软件建立了有限元模型,并采用移动热源加载方式、施加对流换热系数和使用多层多道焊接工艺的方法,对焊接过程进行了数值模拟,得到了热循环曲线以及温度场的分布情况;(2)采用ANSYS中的热-应力间接耦合法,通过转换单元类型、定义材料参数、施加合理的边界约束条件、生死单元法,计算得出了焊接接头平板模型在温度耦合场下的残余应力场;(3)分析了核电焊接工艺条件下,核电压力容器安全端异种金属焊接接头焊接过程中的温度场变化以及残余应力场,并讨论了焊接顺序和层数对焊接残余应力的影响规律。本文研究成果为定量预测核电压力容器安全端异种金属焊接接头残余应力场下裂纹扩展和疲劳断裂提供了一定的依据。
【关键词】：异种金属焊接接头 ANSYS 生死单元 温度场 残余应力场
【学位授予单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM623;TG407
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题研究的背景及意义8-9
• 1.2 焊接残余应力场国内外研究现状9-12
• 1.2.1 焊接残余应力场实验研究现状9-10
• 1.2.2 焊接残余应力场数值模拟研究现状10-12
• 1.3 论文研究内容、研究方法和技术路线12-15
• 1.3.1 研究内容12-13
• 1.3.2 研究方法13
• 1.3.3 技术路线13-15
• 2 核电焊接接头平板模型温度场数值模拟15-26
• 2.1 焊接温度场有限元分析理论15-19
• 2.1.1 焊接传热的基本形式15-17
• 2.1.2 焊接温度场的有限元基本方程17-18
• 2.1.3 焊接热源模型18-19
• 2.2 平板对接焊温度场数值模拟19-25
• 2.2.1 研究对象19-20
• 2.2.2 材料模型的建立20-21
• 2.2.3 焊接热源载荷施加及计算21
• 2.2.4 温度场数值模拟结果分析21-25
• 2.3 本章小结25-26
• 3 核电焊接接头平板模型残余应力场数值模拟26-33
• 3.1 焊接应力场有限元理论26-29
• 3.2 平板对接焊接残余应力场数值模拟29-32
• 3.2.1 有限元模型的建立29-30
• 3.2.2 边界条件的设定及计算30
• 3.2.3 平板对接焊残余应力场数值模拟结果分析30-32
• 3.3 本章小结32-33
• 4 核电压力容器安全端焊接接头残余应力场数值模拟33-48
• 4.1 研究对象33-37
• 4.1.1 几何模型33-34
• 4.1.2 材料参数34-35
• 4.1.3 有限元模型的建立35-36
• 4.1.4 焊接工艺36
• 4.1.5 焊接接头边界条件及载荷设定36
• 4.1.6 焊接热源模型36-37
• 4.2 安全端焊接接头温度场数值模拟结果分析37-39
• 4.2.1 安全端焊接接头焊接过程中温度场分布37
• 4.2.2 安全端焊接接头最终温度场分布37-38
• 4.2.3 安全端焊接接头焊缝截面温度场分布38-39
• 4.3 安全端焊接接头残余应力场数值模拟结果分析39-47
• 4.3.1 焊接接头外表面残余应力场分布39-41
• 4.3.2 焊接接头内表面残余应力场分布41-43
• 4.3.3 焊接接头焊缝截面残余应力场分布43-45
• 4.3.4 焊接接头焊缝中心深度方向残余应力分布45
• 4.3.5 焊接层数对残余应力分布的影响分析45-47
• 4.4 本章小结47-48
• 5 结论与展望48-50
• 5.1 结论48
• 5.2 展望48-50
• 致谢50-51
• 参考文献51-54
• 附录Ⅰ：基于ANSYS焊接流程图54-55
• 附录Ⅱ：ANSYS参数化设计语言55-65
• 附录Ⅲ：攻读硕士学位期间的研究成果65

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本文编号：659150