论文题目: 力学性能失配焊接接头的强度及变形行为
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料加工工程
作者: 朱亮
导师: 陈剑虹
关键词: 焊接接头,失配,强度,变形,力学性能
文献来源: 兰州理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 焊接接头的焊缝及热影响区的力学性能与母材总存在一定的差异,这种力学性能失配对接头的强度及断裂韧性有着重要的影响。出于各种结构缺陷评定规范的需要,很多研究主要针对裂纹试样,研究力学性能失配对极限屈服载荷和裂纹驱动力的影响。在进行焊接接头的强度设计时,需要力学性能失配接头的强度评定方法,同时需要焊缝、热影响区的力学性能失配系数及几何尺寸与接头屈服强度和抗拉强度的定量关系。本文通过有限元法和接头的拉伸性能试验,从四个方面对这一问题进行了系统研究。 第一部分对力学性能失配焊接接头的拉伸试样进行有限元分析,结果表明,软化的热影响区的屈服应力和长度对接头强度损失有较大的影响,且超过某一临界值时会更加明显,高匹配焊缝可以使接头的强度损失得以补偿。试样的长度对失配接头屈服强度有直接的依赖性。接头的强度随试样宽度的增加而增加,当试样宽度达到一定值时趋于恒定。同时,通过低匹配焊接接头的拉伸试验,验证了有限元法计算接头强度的精确度。进而给出了一套有限元法评定实际接头强度的方法。 第二部分利用有限元计算的结果,研究了力学性能失配焊接接头拉伸试样上Mises等效应力分布特征:在软化的热影响区减小,在与之相邻的焊缝区和母材区相应升高,分布规律符合指数函数规律,在热影响区与焊缝及母材的交界面上发生突变,突变的幅度与交界面两侧材料的屈服应力差值及外加载荷有一定相关性;在焊缝及母材区Mises等效应力增加量的积分等于热影响区减少量的积分。在此基础上用方程描述出,外载荷应力、热影响区及焊缝的强度失配参数、热影响区及焊缝的相对长度、试样长度和宽度几何参量,与接头试样上的Mises等效应力分布的关系。另外,从接头上应力分布的角度,分析接头失配对接头强度的影响机制。 第三部分基于力学性能不均匀焊接接头拉伸试样的应力分布规律,提出计算力学性能失配焊接接头强度解析求解计算方法:根据焊接接头的失配参数和试样的几何尺寸确定出接头上等效应力分布,利用等效应力和应变的关系,积分求解整个试样在给定外载荷下的总的变形量,得到名义应力应变曲线,从而确定出失配接头强度。这种解析法计算的强度与本文和文献中的有限元分析结果有很好的一致性。而且,用管线钢的等强匹配和高匹配焊接接头的拉伸试验,对解析法评定力学性能不均匀的焊接接头强度的准确性进行了验证。 第四部分利用评定失配接头强度的解析计算方法,计算归纳出了接头强度与
论文目录:
摘要
Abstract
第1章 绪论
1．1 焊接接头的力学性能不均匀性
1．2 接头力学性能失配对断裂行为及断裂韧度的影响
1．3 力学性能失配焊接接头的缺陷评定
1．4 力学性能失配对接头强度的影响
1．5 本文的主要研究内容
第2章 失配焊接接头强度的有限元计算
2．1 引言
2．2 焊接接头有限元模型
2．2．1 试样的几何参数
2．2．2 试样材料的力学性能
2．3 有限元计算结果
2．3．1 力学性能不均匀对接头性能的影响
2．3．2 几何尺寸对接头性能的影响
2．4 讨论
2．5 本章小结
第3章 有限元分析失配接头强度的试验验证
3．1 序言
3．2 试验
3．2．1 试验方法
3．2．2 实验结果
3．3 接头强度的分析模型
3．3．1 有限元模型
3．3．2 硬度与真应力应变曲线
3．4 结果分析
3．5 小结
第4章 力学性能失配焊接接头应力分布
4．1 引言
4．2 失配接头的应力分布
4．3 力学性能失配接头 Mises等效应力分布特征
4．4 接头失配对接头强度的影响机制
4．4．1 热影响区软化接头的屈服强度
4．4．2 软化热影响区的宽度及屈服应力对接头抗拉强度的影响机制
4．5 本章小结
第5章 力学性能失配焊接接头的强度解析法计算
5．1 引言
5．2 接头强度的解析法分析
5．2．1 基本原理
5．2．2 计算过程
5．3 结果及讨论
5．3．1 解析法与本文有限元计算的接头强度比较
5．3．2 解析法与文献中有限元计算的接头强度比较
5．4 本章小结
第6章 解析法焊接接头的强度评定的试验验证
6．1 序言
6．2 试验
6．2．1 试验方法
6．2．2 实验结果
6．3 接头强度的解析法分析
6．3．1 基本原理
6．3．2 计算过程
6．4 结果及讨论
6．5 本章小结
第7章 力学性能失配接头拉伸性能评定方法
7．1 前言
7．2 焊接接头的强度计算
7．2．1 试样的几何参数
7．2．2 试样材料的力学性能
7．2．3 强度计算
7．3 接头的抗拉强度
7．3．1 接头的抗拉强度和试样宽度的关系
7．3．2 试验验证
7．4 接头的屈服强度
7．4．1 接头的屈服强度和试样宽度的关系
7．4．2 试验验证
7．5 本章小结
结论
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
发布时间: 2006-08-10
参考文献
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