【摘要】：隨著焊接工藝水平的提高，“一刀齊”總段合攏工藝已應(yīng)用于國(guó)內(nèi)大型船企民用船舶建造中。“一刀齊”對(duì)接工藝的采用，為分段無(wú)余量合攏提供了有利條件，極大的減輕了兩段船體在船臺(tái)上合攏的工作量，，有效縮短了產(chǎn)品研制時(shí)間和生產(chǎn)周期。但是，采用“一刀齊”對(duì)接工藝后船體的強(qiáng)度、剛度、殘余應(yīng)力和焊接變形、疲勞壽命等是否會(huì)有較大影響，影響程度如何等關(guān)鍵技術(shù)并沒(méi)有進(jìn)行過(guò)深入的研究和探討。 本文在理論研究和試驗(yàn)對(duì)比的基礎(chǔ)上，建立了典型焊接接頭焊接殘余應(yīng)力數(shù)值預(yù)報(bào)方法，分析了典型焊接接頭焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律及其對(duì)結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的影響；基于多尺度理論擬合得出了含裂紋典型焊接接頭極限強(qiáng)度計(jì)算公式；引入新R6失效評(píng)判圖對(duì)典型焊接接頭開(kāi)展了失效評(píng)判，計(jì)算了典型焊接接頭在某荷載下的臨界裂紋長(zhǎng)度；進(jìn)行了不同初始裂紋長(zhǎng)度下典型焊接接頭的疲勞壽命預(yù)報(bào)；開(kāi)展了典型焊接結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)研究。通過(guò)論文的系統(tǒng)研究，取得了一下主要研究成果： 1）通過(guò)平板對(duì)接焊數(shù)值模擬和試驗(yàn)值的對(duì)比分析，建立了典型焊接接頭焊接過(guò)程有限元數(shù)值模擬的方法和流程。進(jìn)而開(kāi)展了不同對(duì)接工藝典型焊接接頭的焊接溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬研究，獲得了不同對(duì)接工藝典型焊接接頭的焊接溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的分布規(guī)律和各自的特點(diǎn)。 2）針對(duì)不同邊界固定方式、不同焊材強(qiáng)度匹配對(duì)典型焊接接頭焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)的影響開(kāi)展研究。研究結(jié)果表明，不同的邊界固定方式會(huì)使不同對(duì)接工藝下的典型焊接接頭的焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)重新分布，但對(duì)于殘余應(yīng)力和焊接變形的最大值沒(méi)有影響；采用不同焊材強(qiáng)度匹配對(duì)焊接殘余應(yīng)力有一定的影響，不同匹配間的最大差值為80MPa。 3）把多尺度理論與有限元技術(shù)相結(jié)合的方法用于含微裂紋缺陷結(jié)構(gòu)極限承載能力研究。利用本構(gòu)逼近法，把含微裂紋缺陷結(jié)構(gòu)極限承載能力研究過(guò)程劃分成介觀尺寸模型研究和宏觀尺寸模型研究?jī)刹糠诌M(jìn)行研究；把含微裂紋介觀尺寸模型作為典型焊接接頭的宏觀結(jié)構(gòu)中區(qū)別于常規(guī)材料屬性的部分嵌套至整體模型中參與計(jì)算，并建立了基于L4的正交表計(jì)算方案，開(kāi)展典型焊接接頭整體結(jié)構(gòu)的極限強(qiáng)度計(jì)算。 4）基于大量的算例，擬合得出了包含相對(duì)裂紋長(zhǎng)度（RCL）、裂紋分布深度(CD)和裂紋分布比例(CRD)三個(gè)變量不同對(duì)接形式下典型焊接接頭極限強(qiáng)度計(jì)算公式�；跇O限強(qiáng)度擬合公式，分別開(kāi)展了相對(duì)裂紋長(zhǎng)度（RCL）、裂紋分布深度(CD)和裂紋分布比例(CRD)變量對(duì)典型焊接接頭極限承載能力影響的研究。同時(shí)，也開(kāi)展了焊接殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度的影響研究。 5）利用新R6失效評(píng)定圖的失效評(píng)定方法，對(duì)典型焊接接頭進(jìn)行了失效評(píng)定。通過(guò)失效評(píng)定，獲得了典型焊接接頭隨初始裂紋長(zhǎng)度變化的失效路徑曲線。根據(jù)失效路徑曲線可以得到不同對(duì)接形式的對(duì)接接頭的臨界初始裂紋長(zhǎng)度。同時(shí)，針對(duì)第三章提出的焊接結(jié)構(gòu)允許最小裂紋長(zhǎng)度進(jìn)行了失效評(píng)定研究，研究結(jié)果為結(jié)構(gòu)的完整性評(píng)估提供了有力的參考。 6）根據(jù)新R6失效評(píng)定圖的方法,開(kāi)展了典型焊接接頭在167MPa、220MPa、335MPa和418MPa四種工作應(yīng)力水平下的失效評(píng)定研究。通過(guò)失效評(píng)定研究，獲得了四種工作應(yīng)力水平下典型焊接接頭的臨界裂紋尺寸，并把獲得的各評(píng)判點(diǎn)的裂紋臨界尺寸與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，兩者吻合較好。 7）針對(duì)上述采用的微裂紋尺度，開(kāi)展了含初始裂紋典型焊接接頭的疲勞壽命預(yù)報(bào)。通過(guò)疲勞壽命預(yù)報(bào)，獲得了初始裂紋長(zhǎng)度與疲勞壽命的關(guān)系曲線，并根據(jù)典型焊接接頭的疲勞試驗(yàn)結(jié)果與預(yù)報(bào)的疲勞壽命進(jìn)行對(duì)比分析，獲得了試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的初始裂紋長(zhǎng)度。
【圖文】：

圖 2.1 焊接溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)和顯微組織狀態(tài)場(chǎng)的相互關(guān)系.2.1 The relationship of Temperature field, stress field, strain field and microstructure較合理的描述焊接過(guò)程中殘余應(yīng)力、焊接變形的產(chǎn)生機(jī)理和特性，通特性分解為溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、變形場(chǎng)和顯微組織狀態(tài)場(chǎng)進(jìn)行分析。研究法對(duì)采用數(shù)值分析方法開(kāi)展焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的研究很有價(jià)值場(chǎng)、變形場(chǎng)、顯微組織狀態(tài)場(chǎng)之間的關(guān)系如圖 2.1 所示。于焊接傳熱學(xué)過(guò)程的特點(diǎn)，建立了焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)有限元數(shù)值模程。針對(duì)典型焊接接頭進(jìn)行了焊接過(guò)程的有限元數(shù)值模擬研究，獲得藝的典型焊接接頭焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)的分布特點(diǎn)和規(guī)律。同時(shí)界條件、不同焊材強(qiáng)度匹配對(duì)典型焊接接頭殘余應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)分布過(guò)程的有限元數(shù)值模擬

圖 2.2 距焊縫不同距離各點(diǎn)的焊接熱循環(huán)Fig.2.2 The weld thermal cycle different points away from t速度極高，在一般電弧焊時(shí)，可以達(dá)到 200—390 材金屬相變點(diǎn)，會(huì)對(duì)焊件冷卻后的微觀組織結(jié)構(gòu)變度，加熱最高溫度是對(duì)金屬組織變化起到?jīng)Q定性影響縫距離的不同會(huì)造成靠近焊縫區(qū)域的微觀組織結(jié)構(gòu)要指在相變點(diǎn)溫度上停留的時(shí)間。時(shí)間越長(zhǎng)，金屬
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)艦船研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：U671.8

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2529891