高强度大厚度桩腿板材切割工艺力学行为研究

发布时间：2017-09-03 04:31

  本文关键词：高强度大厚度桩腿板材切割工艺力学行为研究

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【摘要】：海洋平台桩腿齿条板承载着整个平台重量和周围载荷,是海洋平台最重要的核心部件,桩腿板材切割残余应力、应变的存在会影响后续的焊接质量,降低结构强度,甚至产生裂纹扩展的隐患,这对整个平台制造都不利。本论文基于江苏省研究生创新计划项目,研究高强度大厚度桩腿板材切割工艺中的残余应力应变大小、分布规律,以及切割残余应力对后续焊接的影响,对海洋平台整体工艺制造具有实际意义。本论文阐述了热弹塑性有限元基本理论,对齿条板的切割工艺进行了相关分析研究,利用ANSYS有限元软件对桩腿板材预热进行了数值模拟。利用温度场叠加原理,引入厚度修正系数,建立合适的氧气切割厚板双热源温度场模型。研究平板氧乙炔切割数值模拟的温度场以及应力应变场,得到平板切割数值模拟结果与实验数据对比,对文中所选热源模型的进行验证。建立齿条板的氧乙炔切割数值模拟模型,分析结果的应力应变规律。最后为了分析切割残余应力对后续桩腿齿条板焊接工艺的影响,建立了齿条板与半圆管的焊接数值模型以及齿条板的对接焊的数值模型,为了贴合实际,大厚度板模型的焊缝采用多层多道焊。通过计算分析,得到了NV E690一些新的高温热物理性能参数如电阻率,磁导率等,并对桩腿板材预热的重要性做了说明,使用碳当量计算公式并结合现场工艺确定了NV E690板材切割选用整体预热,预热温度为220℃,桩腿齿条板焊接时采用局部预热,预热温度为150℃左右。利用有限元分析软件对桩腿平板切割进行数值模拟,得到的结果与实验数据进行对比,验证了热源模型的可行性,得到了大厚度工件最佳修正系数,提出的热源模型可应用在大厚度板上。通过对桩腿齿条板切割数值模拟得到了桩腿齿条板切割后的应力应变分布规律。接着对比分析是否消除桩腿齿条板切割残余应力,得到了桩腿板材没有消除切割残余应力对后续焊接工艺影响较大,而且桩腿齿条板与半圆管的焊接部位、桩腿齿条板的齿根部位的应力、应变值变化最大,这将对整个工件性能都有不利影响,最后对桩腿齿条板的对接焊接做了数值模拟分析,没有消除焊接残余应力的焊接部位应力应变值变化很大。高强度大厚度桩腿板材工艺力学数值模拟研究不仅再现了实际桩腿板材切割、焊接工艺过程,而且对桩腿板材工艺制造提供一定数据理论支持。
【关键词】：桩腿齿条板 ANSYS 切割残余应力 预热
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG48
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-15
• 第1章 绪论15-23
• 1.1 选题的背景和意义15-16
• 1.2 国内外切割数值模拟研究现状16-21
• 1.2.1 切割过程数值模拟在国外研究现状16-18
• 1.2.2 切割过程数值模拟在国内研究现状18-21
• 1.3 研究的基本内容及创新点21-22
• 1.4 本章小结22-23
• 第2章 热力学有限元理论基础23-39
• 2.1 有限元法介绍23-25
• 2.1.1 有限元法简介23
• 2.1.2 有限元法原理及运用步骤23-24
• 2.1.3 有限元分析24-25
• 2.2 传热学基本理论25-28
• 2.2.1 传热的基本形式25
• 2.2.2 传热的基本定律方程25-27
• 2.2.3 热力学第一定律27-28
• 2.3 有限元方法 —热分析28-29
• 2.4 温度场的基本理论29-33
• 2.4.1 导热微分方程的形式29-30
• 2.4.2 导热微分方程的定解条件30-31
• 2.4.3 稳态态温度场分析31
• 2.4.4 非稳态态温度场分析31-33
• 2.4.4.1 空间域的离散32
• 2.4.4.2 时间域的离散32-33
• 2.5 应力应变场的基本理论33-38
• 2.5.1 屈服准则33-34
• 2.5.2 流动准则34
• 2.5.3 强化准则34-35
• 2.5.4 热弹塑性基本理论35-38
• 2.5.4.1 应力应变关系35-37
• 2.5.4.2 平衡方程37-38
• 2.5.4.3 求解方程38
• 2.6 本章小结38-39
• 第3章 桩腿板材切割工艺分析及板材预热研究39-61
• 3.1 海洋平台桩腿及齿条板的分析39-41
• 3.1.1 海洋平台的简要概述39
• 3.1.2 自升式海洋平台桩腿及齿条板分析39-41
• 3.2 海洋平台桩腿制造工艺流程分析41-46
• 3.2.1 齿条板的切割工艺流程41-42
• 3.2.2 齿条板的焊接工艺流程42-45
• 3.2.3 减少焊接变形的工艺措施45-46
• 3.2.4 桩腿的装配工艺流程46
• 3.3 预热的必要性、原则及设备46-49
• 3.3.1 切割与焊接前预热的必要性46-47
• 3.3.2 预热原则47-48
• 3.3.3 预热设备48-49
• 3.4 预热方式的选择49-50
• 3.5 板材数值模拟切割过程中ANSYS计算方法50-53
• 3.6 预热的数值模拟53-60
• 3.6.1 NVE690材料参数确定53-54
• 3.6.2 预热的温度确定54-56
• 3.6.3 NVE690高强度钢平板预热56-60
• 3.6.3.1 平板模型的建立56-57
• 3.6.3.2 预热计算结果分析57-60
• 3.6.3.2.1 预热应力结果分析57-58
• 3.6.3.2.2 预热应变结果分析58-60
• 3.7 本章小结60-61
• 第4章 海洋平台桩腿板材切割工艺数值模拟61-85
• 4.1 热源模型的选择61-64
• 4.1.1 一些常见的热源模型61
• 4.1.2 本文热源模型的选择61-64
• 4.2 平板的数值模拟与实验验证64-76
• 4.2.1 平板的温度场计算65-70
• 4.2.2 平板的应力应变场分析70-74
• 4.2.3 模拟结果与实验结果比较74-76
• 4.2.3.1 实验设备与实验数据74-75
• 4.2.3.2 结果分析比较75-76
• 4.3 齿条板的数值模拟仿真76-84
• 4.3.1 齿条板的温度场分析77-80
• 4.3.2 齿条板的应力应变场分析80-84
• 4.4 本章小结84-85
• 第5章 切割残余应力对后续焊接工艺影响分析85-110
• 5.1 齿条板与半圆管焊接的数值模拟85-99
• 5.1.1 模型的建立85-86
• 5.1.2 切割残余应力在焊接模拟中的计算和结果分析86-97
• 5.1.2.1 焊接温度场计算结果分析86-89
• 5.1.2.2 焊件取样点的热循环曲线89-91
• 5.1.2.3 焊接应力场的计算和结果分析91-97
• 5.1.3 分析切割残余应力对焊接的影响97-99
• 5.1.3.1 消除切割残余应力的焊接应力场97-98
• 5.1.3.2 切割残余应力对焊接结果影响分析比较98-99
• 5.1.4 焊接残余应力的测试方法99
• 5.2 齿条板对接焊的数值模拟99-109
• 5.2.1 模型的建立100
• 5.2.2 残余应力在焊接模拟中的计算和结果分析100-108
• 5.2.2.1 焊接温度场计算结果分析100-104
• 5.2.2.2 残余应力对焊接结果影响分析比较104-108
• 5.2.3 焊后消除残余应力的一些方法108-109
• 5.3 本章小结109-110
• 总结与展望110-112
• 参考文献112-115
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文115-116
• 致谢116

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 莫春立,钱百年,国旭明,于少飞;焊接热源计算模式的研究进展[J];焊接学报;2001年03期

2 卜寅年;氧-液化石油气与氧-乙炔火焰切割比较[J];煤气与热力;2003年04期

3 柴震宇;刘月辉;王书堂;;高强度钢的焊接工艺探讨[J];黑龙江科技信息;2012年28期

4 林德超,史耀武,陈少辉;辅助热源影响焊接残余应力的研究[J];中国机械工程;1999年04期

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本文编号：782893