本文關(guān)鍵詞：殘余應(yīng)力對焊接接頭表面裂紋擴(kuò)展的影響，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：船舶與海洋結(jié)構(gòu)物屬于大型復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu),大多數(shù)海洋結(jié)構(gòu)物的脆性斷裂都發(fā)生在焊縫處。研究發(fā)現(xiàn),焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力顯著地影響疲勞裂紋擴(kuò)展行為,并最終影響疲勞裂紋壽命。因此,在計算結(jié)構(gòu)的疲勞壽命時,考慮殘余應(yīng)力對焊接接頭表面裂紋擴(kuò)展的影響,對于更加準(zhǔn)確地理解焊接結(jié)構(gòu)的疲勞行為和估算結(jié)構(gòu)的疲勞壽命,具有十分重要的意義。 本文通過焊接殘余應(yīng)力場和疲勞裂紋的有限元數(shù)值模擬,以及殘余應(yīng)力場到疲勞裂紋模型的映射計算,研究了焊接殘余應(yīng)力場對表面裂紋應(yīng)力強度因子以及疲勞裂紋壽命的影響。共開展了以下三個方面的工作： (1)在對熱傳導(dǎo)理論系統(tǒng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上,運用有限元計算軟件ANSYS,對平板對接焊進(jìn)行三維有限元模擬,通過溫度場與應(yīng)力場的弱耦合,求得無裂紋狀態(tài)的殘余應(yīng)力場。 (2)為了得到殘余應(yīng)力場對表面裂紋疲勞壽命的影響,采用了多點約束(MPC)方法以及等參逆映射方法,將殘余應(yīng)力場導(dǎo)入到裂紋模型中。在建立焊縫處表面裂紋有限元模型時引入MPC方法以簡化建模過程,將裂紋模型分為細(xì)化區(qū)域和非細(xì)化區(qū)域；運用等參逆映射方法插值計算細(xì)化區(qū)域內(nèi)全部計算節(jié)點的局部坐標(biāo)以及對應(yīng)的位移量,與非細(xì)化區(qū)域內(nèi)的節(jié)點位移一起導(dǎo)入到表面裂紋模型中,通過位移場的傳遞來實現(xiàn)殘余應(yīng)力場的施加。 (3)以線彈性斷裂力學(xué)分析方法為基礎(chǔ),采用ANSYS軟件循環(huán)計算裂紋模型在殘余應(yīng)力場中和拉伸循環(huán)載荷下的應(yīng)力強度因子；根據(jù)彈性疊加原理,采用Forman公式計算結(jié)構(gòu)在有無殘余應(yīng)力場中的疲勞裂紋壽命,對兩者進(jìn)行對比分析。 以上數(shù)值分析結(jié)果表明：焊接殘余應(yīng)力場的出現(xiàn),使得在垂直于裂紋面的方向產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力,加速了疲勞裂紋擴(kuò)展,疲勞壽命顯著減少；另外,隨著裂紋的擴(kuò)展,殘余應(yīng)力發(fā)生釋放,殘余應(yīng)力場對裂紋擴(kuò)展的影響越來越小。
【關(guān)鍵詞】：焊接殘余應(yīng)力 表面裂紋 等參逆映射方法 疲勞裂紋擴(kuò)展壽命
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：U671.8
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-15
• 1.1 研究背景及意義9
• 1.2 國內(nèi)外研究概況9-14
• 1.3 本文研究內(nèi)容14-15
• 2 焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬計算15-30
• 2.1 焊接殘余應(yīng)力的相關(guān)理論15-20
• 2.1.1 焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理15-16
• 2.1.2 焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律16-19
• 2.1.3 焊接殘余應(yīng)力的特性以及對結(jié)構(gòu)的影響19-20
• 2.2 焊接過程的有限元分析20-29
• 2.2.1 焊接溫度場分析21-24
• 2.2.2 焊接應(yīng)力場分析24-29
• 2.3 本章小結(jié)29-30
• 3 焊縫處表面裂紋的數(shù)值模擬計算30-41
• 3.1 疲勞斷裂力學(xué)的相關(guān)理論30-35
• 3.1.1 線彈性斷裂力學(xué)的基本理論30-34
• 3.1.2 疲勞裂紋擴(kuò)展理論34-35
• 3.2 表面裂紋的有限元分析35-40
• 3.2.1 有限元計算應(yīng)力強度因子的基本原理36
• 3.2.2 表面裂紋的數(shù)值模擬計算36-40
• 3.3 本章小結(jié)40-41
• 4 焊接殘余應(yīng)力場到裂紋模型中的映射41-55
• 4.1 等參逆映射方法的實現(xiàn)41-46
• 4.1.1 等參逆映射的定義及原理41-43
• 4.1.2 等參逆映射的實現(xiàn)方法43-46
• 4.2 等參逆映射方法的驗證46-52
• 4.2.1 計算粗網(wǎng)格模型的應(yīng)力場47-48
• 4.2.2 粗網(wǎng)格模型應(yīng)力場的映射48-49
• 4.2.3 對試算結(jié)果的驗證49-52
• 4.3 焊接殘余應(yīng)力場的映射52-54
• 4.4 本章小結(jié)54-55
• 5 焊接殘余應(yīng)力場對疲勞裂紋壽命的影響55-61
• 5.1 殘余應(yīng)力場中疲勞裂紋擴(kuò)展速率的計算原理55-57
• 5.2 焊接殘余應(yīng)力場對表面裂紋疲勞壽命的影響分析57-60
• 5.2.1 表面裂紋擴(kuò)展壽命的計算57-58
• 5.2.2 焊接殘余應(yīng)力場中表面裂紋的疲勞裂紋壽命分析58-60
• 5.3 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論61-62
• 參考文獻(xiàn)62-65
• 附錄A 驗證模型的映射65-69
• 附錄B 殘余應(yīng)力場的映射69-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況73-74
• 致謝74-75

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：殘余應(yīng)力對焊接接頭表面裂紋擴(kuò)展的影響，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：273863