T型焊接接头裂纹试验与数值模拟研究

发布时间：2017-10-08 19:18

  本文关键词：T型焊接接头裂纹试验与数值模拟研究

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【摘要】：焊接接头是指应用焊接方法将焊件连接在一起形成的接头。如果焊接接头发生破坏，那么整个焊接结构强度便会失效。大量工程案例表明：多数情况下，焊接结构的破坏是由于焊接接头损坏引起的。本论文从T型接头的焊接裂纹试验和裂纹数值模拟两个方面，来分析修井船T型接头全熔透焊缝焊接横向裂纹产生的原因，并提出相应的解决措施，为海工产品及民船焊接质量提供有利而可靠的保证。本论文的研究思路与过程如下： 第一，从裂纹再现及扩大性排查试验、常规理化性能试验以及裂纹解剖分析试验判定该试验裂纹为氢致延迟裂纹。通过延迟裂纹理论分析，得出该裂纹与焊接金属中氢的含量、焊接接头金属所承受的拉应力以及金属的塑性储备等因素有关。 第二，利用ANSYS软件进行T型接头的焊接裂纹扩展数值模拟，分析在焊接裂纹发生处产生的应力、应变规律，得出表征裂纹扩展速度的裂纹应力强度因子，并与利用最大周应力理论计算得到的结果，，进行比对，得出运用ANSYS软件进行焊接裂纹的数值模拟是可行的，且在误差允许的范围之内。 第三，通过对诸多因素的分析，确定T型接头焊接裂纹产生的主要因素有熔敷金属扩散氢含量、拘束应力的大小、熔敷金属碳当量及化学成分以及现场的工作条件等。 第四，针对修井船T型接头焊接裂纹产生的实际，采取适当的预防措施。如建立一定的预热制度、材料优选以及焊接工艺的优化等方式，进行防止焊接裂纹的产生。 总之，本研究结果为改善和预防焊接裂纹提供了创新性的思路与途径。
【关键词】：T型接头 裂纹 数值模拟 试验 应力强度因子
【学位授予单位】：辽宁工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG407
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 论文研究背景10-11
• 1.2 焊接裂纹的成因分析11-13
• 1.2.1 热裂纹11-12
• 1.2.2 冷裂纹12
• 1.2.3 再热裂纹12-13
• 1.3 焊接结构的断裂力学分析13
• 1.4 国内外的研究现状13-15
• 1.5 研究内容及技术路线15-17
• 2 T 型接头裂纹焊接试验17-33
• 2.1 试验材料、方法及设备17-19
• 2.1.1 母材17
• 2.1.2 焊接材料17-18
• 2.1.3 焊接方法18
• 2.1.4 焊接设备18-19
• 2.2 裂纹再现及扩大性排查试验19-23
• 2.2.1 刚性 T 型接头焊接横向裂纹试验19-21
• 2.2.2 斜 Y 坡口小铁研抗裂对比试验21-22
• 2.2.3 预热及后热对裂纹的影响试验22-23
• 2.2.4 试验结果23
• 2.3 常规的理化性能试验23-29
• 2.3.1 焊接接头宏观及微观金相检验23-27
• 2.3.2 焊接接头硬度试验27-29
• 2.4 裂纹解剖分析及性质判定29-32
• 2.4.1 裂纹解剖过程及结果29-30
• 2.4.2 裂纹区组织分析30-31
• 2.4.3 裂纹区硬度测试31
• 2.4.4 裂纹性质判定31
• 2.4.5 延迟裂纹产生机理31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 3 有限元理论及焊接裂纹数值模拟在 ANSYS 中的应用33-41
• 3.1 有限元方法理论33-37
• 3.1.1 有限元发展概况33
• 3.1.2 有限元法的分析过程33-37
• 3.2 ANSYS 软件的分析技术及功能37-39
• 3.2.1 ANSYS 软件的分析技术37-38
• 3.2.2 ANSYS 软件的主要功能38-39
• 3.3 焊接裂纹数值模拟在 ANSYS 中应用39-40
• 3.3.1 焊接裂纹模拟的基本理论39
• 3.3.2 焊接裂纹模拟的分析过程39-40
• 3.4 本章小结40-41
• 4 T 型接头裂纹的数值模拟41-57
• 4.1 焊接接头的力学性能41-45
• 4.1.1 热影响区的力学性能41-43
• 4.1.2 焊缝金属的力学性能43-44
• 4.1.3 影响焊接接头性能的因素44-45
• 4.2 T 型接头的工作应力分布45-46
• 4.2.1 未开坡口的 T 形接头的应力分布45-46
• 4.2.2 开坡口并焊透的 T 形接头的应力分布46
• 4.3 T 型接头焊接裂纹有限元分析46-56
• 4.3.1 T 型接头焊接裂纹分析过程46-47
• 4.3.2 裂纹区域的确定47-50
• 4.3.3 裂纹扩展模拟50-53
• 4.3.4 理论依据与计算53-56
• 4.4 本章小结56-57
• 5 T 型接头裂纹影响因素分析及排查57-66
• 5.1 焊缝金属中的氢含量57-60
• 5.1.1 熔敷金属扩散氢含量测定试验57-59
• 5.1.2 保护气水分含量59-60
• 5.1.3 其他可能影响因素60
• 5.2 焊接接头金属所承受的拉应力60-61
• 5.3 由钢材淬硬倾向决定的金属的塑性储备61-65
• 5.3.1 母材碳当量61
• 5.3.2 焊丝熔敷金属碳当量及化学成分的影响61-62
• 5.3.3 碳弧气刨的影响62-63
• 5.3.4 影响塑性储备的其他因素63-64
• 5.3.5 角焊缝金属的力学性能测试64-65
• 5.4 本章小结65-66
• 6 裂纹预防措施66-71
• 6.1 焊前预热66-69
• 6.2 材料优选69-70
• 6.3 焊接工艺优化70
• 6.4 本章小结70-71
• 7 结论与展望71-72
• 7.1 结论71
• 7.2 展望71-72
• 参考文献72-74
• 攻读硕士期间发表学术论文情况74-75
• 致谢75

【参考文献】

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本文编号：995794