本文關(guān)鍵詞：殘余應(yīng)力對(duì)船舶典型焊接接頭疲勞強(qiáng)度影響試驗(yàn)和數(shù)值預(yù)報(bào)研究

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【摘要】：大型船舶水上和水下結(jié)構(gòu)越來(lái)越受到工程界的關(guān)注,這些大型船舶結(jié)構(gòu)所處的工作環(huán)境往往十分復(fù)雜,它們受到多種載荷的周期性作用,結(jié)構(gòu)容易發(fā)生疲勞破壞。為了提高強(qiáng)度,大型船舶水上水下結(jié)構(gòu)通常采用高強(qiáng)度鋼建造。在保證結(jié)構(gòu)承載力的情況下結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有所降低,這就有必要對(duì)結(jié)構(gòu)的疲勞壽命進(jìn)行校核。由于這些大型結(jié)構(gòu)都是焊接結(jié)構(gòu),不可避免地會(huì)在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力,因此在進(jìn)行疲勞壽命校核時(shí)必須考慮到焊接殘余應(yīng)力的影響。因此,研究船舶典型焊接接頭焊接殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響是一項(xiàng)十分重要的工作。本文分別選取FPSO典型焊接接頭和錐柱耐壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭為研究對(duì)象,首先對(duì)典型焊接接頭進(jìn)行了初始?xì)堄鄳?yīng)力和殘余應(yīng)力隨外載荷釋放的有限元模擬與試驗(yàn)研究;然后進(jìn)行了受載后殘余應(yīng)力變化對(duì)疲勞壽命影響的計(jì)算分析和疲勞壽命試驗(yàn)。本文主要研究工作與重要結(jié)論如下:(1)以高強(qiáng)度鋼FPSO典型焊接接頭和錐柱耐壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭試件模型為研究對(duì)象,基于大型商用有限元軟件ANSYS的參數(shù)化有限元分析語(yǔ)言APDL二次開(kāi)發(fā)及生死單元技術(shù)編寫(xiě)相應(yīng)的焊接模擬程序,進(jìn)行典型焊接接頭初始?xì)堄鄳?yīng)力模擬和殘余應(yīng)力釋放模擬研究。(2)對(duì)FPSO典型焊接接頭試件初始焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬,結(jié)果表明:FPSO典型焊接接頭初始焊接殘余應(yīng)力最大值位于焊趾處,表現(xiàn)為拉應(yīng)力。隨著遠(yuǎn)離焊趾,殘余應(yīng)力逐漸減小,部分轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力。然后采用X射線無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)初始?xì)堄鄳?yīng)力進(jìn)行測(cè)量,其應(yīng)力分布與有限元計(jì)算結(jié)果相一致。(3)對(duì)錐柱耐壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭試件進(jìn)行初始焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬,結(jié)果表明:凹錐表面表現(xiàn)為拉伸殘余應(yīng)力,應(yīng)力幅值位于在焊縫熔合線處,焊縫區(qū)殘余應(yīng)力呈雙峰分布,凸錐表面表現(xiàn)為殘余壓應(yīng)力,壓應(yīng)力幅值位于焊縫中心線附近,焊縫區(qū)殘余應(yīng)力呈單峰分布。隨著遠(yuǎn)離焊縫區(qū),殘余應(yīng)力迅速減少并趨于零。然后采用X射線無(wú)損檢測(cè)方法對(duì)初始?xì)堄鄳?yīng)力進(jìn)行測(cè)量,其應(yīng)力分布與有限元計(jì)算結(jié)果相一致。(4)在得到初始?xì)堄鄳?yīng)力的基礎(chǔ)上,對(duì)FPSO典型焊接接頭和錐柱耐壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭試件進(jìn)行了焊接殘余應(yīng)力釋放數(shù)值模擬,研究了外載荷對(duì)殘余應(yīng)力的影響,結(jié)果顯示:當(dāng)試件經(jīng)過(guò)一定的外載荷釋放后,殘余應(yīng)力顯著減小,其分布趨勢(shì)基本不變,隨著外載荷的增大,殘余應(yīng)力釋放更多,但載荷的作用次序以及作用次數(shù)對(duì)殘余應(yīng)力的釋放沒(méi)有影響,殘余應(yīng)力的釋放只與載荷的最大幅值有關(guān)。然后對(duì)釋放后的殘余應(yīng)力進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)量研究,應(yīng)力分布與有限元模擬所得結(jié)論相同,說(shuō)明了本文所采用的計(jì)算焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬方法是合理可靠的。(5)對(duì)FPSO典型焊接接頭試件熱點(diǎn)應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算,基于S-N曲線法計(jì)算其疲勞壽命,對(duì)比了考慮殘余應(yīng)力和不考慮殘余應(yīng)力情況下的疲勞壽命,結(jié)果表明,在考慮殘余應(yīng)力影響下的疲勞壽命明顯小于不考慮殘余應(yīng)力影響的疲勞壽命。(6)基于局部應(yīng)力應(yīng)變法對(duì)錐柱耐壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭試件疲勞壽命進(jìn)行計(jì)算,對(duì)比了考慮殘余應(yīng)力和不考慮殘余應(yīng)力情況下的疲勞壽命,結(jié)果表明,殘余應(yīng)力的存在大大減小了疲勞壽命,焊接殘余應(yīng)力對(duì)疲勞的影響至關(guān)重要,不可忽略。然后對(duì)錐柱耐壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭試件進(jìn)行疲勞試驗(yàn)研究,結(jié)果顯示:試驗(yàn)值與計(jì)算結(jié)果十分接近,說(shuō)明本文所使用的計(jì)算疲勞壽命的方法是合理的。
【關(guān)鍵詞】：船舶 FPSO 錐柱耐壓結(jié)構(gòu) 典型焊接接頭 殘余應(yīng)力 試驗(yàn) 疲勞強(qiáng)度 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U661.4
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-16
• 第1章 緒論16-22
• 1.1 研究背景和意義16-17
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及趨勢(shì)17-21
• 1.2.1 焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀17-18
• 1.2.2 焊接殘余應(yīng)力試驗(yàn)測(cè)試研究現(xiàn)狀18-19
• 1.2.3 外載荷對(duì)焊接殘余應(yīng)力影響研究現(xiàn)狀19-20
• 1.2.4 焊接殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度影響研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3 本文主要的研究?jī)?nèi)容21-22
• 第2章 焊接殘余應(yīng)力有限元分析理論及疲勞強(qiáng)度理論22-36
• 2.1 焊接有限元分析概述22-23
• 2.1.1 焊接有限元分析的特點(diǎn)22
• 2.1.2 焊接有限元模型的簡(jiǎn)化22-23
• 2.2 焊接溫度場(chǎng)有限元分析23-29
• 2.2.1 焊接熱源模型23-25
• 2.2.2 焊接傳熱的三種方式25-26
• 2.2.3 焊接溫度場(chǎng)的微分方程及邊界條件26-27
• 2.2.4 焊接溫度場(chǎng)的有限元求解27-29
• 2.3 焊接應(yīng)力場(chǎng)有限元分析29-31
• 2.3.1 簡(jiǎn)化假定29
• 2.3.2 應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系29-30
• 2.3.3 有限元平衡方程30-31
• 2.3.4 焊接應(yīng)力場(chǎng)的有限元求解31
• 2.4 疲勞強(qiáng)度計(jì)算方法概述31-36
• 2.4.1 疲勞強(qiáng)度計(jì)算方法31-32
• 2.4.2 線性疲勞累積損傷理論32
• 2.4.3 熱點(diǎn)應(yīng)力計(jì)算及S-N曲線32-34
• 2.4.4 局部應(yīng)力應(yīng)變法的相關(guān)計(jì)算34-35
• 2.4.5 局部應(yīng)力應(yīng)變法中的應(yīng)變-壽命曲線35-36
• 第3章 船舶典型焊接接頭焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬研究36-62
• 3.1 ANSYS熱-力耦合分析基本過(guò)程及方法36-37
• 3.2 單元類型37
• 3.3 生死單元技術(shù)37
• 3.4 FPSO典型焊接接頭初始?xì)堄鄳?yīng)力數(shù)值模擬研究37-46
• 3.4.1 試件尺寸及材料參數(shù)37-40
• 3.4.2 建立有限元模型及網(wǎng)格劃分40-41
• 3.4.3 邊界條件41-42
• 3.4.4 計(jì)算結(jié)果42-46
• 3.5 FPSO典型焊接接頭殘余應(yīng)力釋放研究46-50
• 3.5.1 載荷及邊界條件46
• 3.5.2 載荷大小對(duì)殘余應(yīng)力釋放的影響46-48
• 3.5.3 恒幅循環(huán)載荷對(duì)殘余應(yīng)力釋放的影響48-49
• 3.5.4 變幅循環(huán)載荷對(duì)殘余應(yīng)力釋放的影響49-50
• 3.6 錐柱耐壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭初始?xì)堄鄳?yīng)力數(shù)值模擬研究50-57
• 3.6.1 試件尺寸及材料參數(shù)50-51
• 3.6.2 建立有限元模型及網(wǎng)格劃分51-53
• 3.6.3 邊界條件53
• 3.6.4 計(jì)算結(jié)果53-57
• 3.7 錐柱耐壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭殘余應(yīng)力釋放研究57-61
• 3.7.1 載荷及邊界條件57
• 3.7.2 載荷大小對(duì)殘余應(yīng)力釋放的影響57-59
• 3.7.3 恒幅循環(huán)載荷對(duì)殘余應(yīng)力釋放的影響59-60
• 3.7.4 變幅循環(huán)載荷對(duì)殘余應(yīng)力釋放的影響60-61
• 3.8 本章小結(jié)61-62
• 第4章 船舶典型焊接接頭焊接殘余應(yīng)力試驗(yàn)研究62-76
• 4.1 試驗(yàn)設(shè)備及原理62
• 4.2 試驗(yàn)步驟62-64
• 4.3 FPSO典型焊接接頭初始焊接殘余應(yīng)力測(cè)量64-66
• 4.4 FPSO典型焊接接頭焊接殘余應(yīng)力釋放試驗(yàn)研究66-67
• 4.4.1 工裝及加載66
• 4.4.2 測(cè)量結(jié)果66-67
• 4.5 錐柱耐壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭初始焊接殘余應(yīng)力測(cè)量67-70
• 4.6 錐柱耐壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭焊接殘余應(yīng)力釋放試驗(yàn)研究70-75
• 4.6.1 工裝及加載70-71
• 4.6.2 測(cè)量結(jié)果71-75
• 4.7 本章小結(jié)75-76
• 第5章 船舶典型焊接接頭疲勞強(qiáng)度計(jì)算與試驗(yàn)研究76-91
• 5.1 FPSO典型焊接接頭疲勞強(qiáng)度數(shù)值模擬研究76-81
• 5.1.1 尺寸及材料參數(shù)76
• 5.1.2 有限元模型及網(wǎng)格劃分76
• 5.1.3 邊界條件及加載76-78
• 5.1.4 不考慮焊接殘余應(yīng)力的疲勞壽命數(shù)值模擬78-79
• 5.1.5 考慮焊接殘余應(yīng)力的疲勞壽命數(shù)值模擬79-81
• 5.2 錐柱耐壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭疲勞強(qiáng)度數(shù)值模擬研究81-87
• 5.2.1 尺寸及材料參數(shù)81
• 5.2.2 有限元模型及網(wǎng)格劃分81-82
• 5.2.3 邊界條件及加載82-84
• 5.2.4 不考慮焊接殘余應(yīng)力的疲勞壽命數(shù)值模擬84-85
• 5.2.5 考慮焊接殘余應(yīng)力的疲勞壽命數(shù)值模擬85-87
• 5.3 錐柱耐壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭疲勞強(qiáng)度試驗(yàn)研究87-90
• 5.3.1 試件尺寸及工裝87-88
• 5.3.2 加載及疲勞試驗(yàn)88-90
• 5.3.3 試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析90
• 5.4 本章小結(jié)90-91
• 第6章 總結(jié)與展望91-93
• 6.1 本文總結(jié)91-92
• 6.2 研究展望92-93
• 參考文獻(xiàn)93-98
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文98-99
• 致謝99

【參考文獻(xiàn)】

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中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前2條

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本文編號(hào)：652081