焊接結(jié)構(gòu)廣泛用于石油、化工、電力及核能等行業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備中,由于生產(chǎn)工藝的需要,許多關(guān)鍵設(shè)備長(zhǎng)期在極端和苛刻條件下服役,因焊接接頭失效引發(fā)的設(shè)備事故常有報(bào)道。由于焊接結(jié)構(gòu)存在材料及幾何上的不連續(xù)性,加之焊接本身是一個(gè)復(fù)雜的熱物理化學(xué)冶金過(guò)程,造成焊接接頭的組織和力學(xué)性能上不均勻性及不同幾何尺寸,給焊接結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)、加工和實(shí)際應(yīng)用造成很大困難。目前,解決焊接接頭的失效問(wèn)題,主要是將焊接接頭簡(jiǎn)化成焊縫和母材的“雙材料”模型,未考慮熱影響區(qū)的影響,比較計(jì)入熱影響區(qū)性能和不考慮熱影響區(qū)性能對(duì)非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋斷裂的影響,發(fā)現(xiàn)目前還沒(méi)有很好解決關(guān)于性能不均勻(力學(xué)性能不均勻性及不同幾何尺寸)對(duì)焊接接頭熱影響區(qū)裂紋斷裂的影響。本文在對(duì)近年焊接接頭斷裂行為研究進(jìn)展與缺陷評(píng)定理論研究進(jìn)行了回顧和綜述的基礎(chǔ)上,增設(shè)計(jì)入熱影響區(qū)的影響,分析性能不均勻?qū)Ψ瞧ヅ浜附咏宇^熱影響區(qū)裂紋斷裂行為的影響規(guī)律,研究性能不均勻?qū)Ψ瞧ヅ浜附咏宇^熱影響區(qū)裂紋在啟裂前的影響,為試圖在生產(chǎn)實(shí)踐中通過(guò)工藝阻止裂紋擴(kuò)展提供理論基礎(chǔ),同時(shí)找出性能不均勻?qū)κгu(píng)定點(diǎn)及失效評(píng)定曲線的影響規(guī)律,將與性能不均勻相關(guān)的失效評(píng)定圖技術(shù)應(yīng)用于壓力容器,進(jìn)行焊接接頭熱影響區(qū)裂紋結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定。論文在以下幾個(gè)方面開(kāi)展了研究：(1)建立表征含裂紋的非匹配焊接接頭斷裂力學(xué)分析模型。通過(guò)增設(shè)計(jì)入熱影響區(qū)的影響,針對(duì)非匹配焊接接頭力學(xué)性能不均勻及不同的幾何尺寸,借鑒雙材料等效材料模型理論,建立非匹配焊接接頭“理想三材料”結(jié)構(gòu)的等效模型及當(dāng)量關(guān)系,并進(jìn)行有限元和試驗(yàn)驗(yàn)證,為準(zhǔn)確把握非匹配焊接接頭的斷裂行為、為開(kāi)展非匹配接頭裂紋的安全評(píng)估,建立可表征非匹配焊接接頭斷裂的力學(xué)分析模型。(2)獲得計(jì)入性能不均勻影響的非匹配焊接接頭極限載荷解。根據(jù)建立的非匹配焊接接頭“理想三材料”的簡(jiǎn)化模型,運(yùn)用非線性有限元方法,分析非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋在性能不均勻影響下的塑性變形,獲得非匹配焊接接頭熱影響區(qū)中心裂紋試樣的極限載荷計(jì)算公式,討論計(jì)入熱影響區(qū)力學(xué)性能及幾何尺寸對(duì)非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋極限載荷的影響,揭示焊縫強(qiáng)度匹配比MW,熱影響區(qū)強(qiáng)度匹配比MH、熱影響區(qū)不同寬度h對(duì)含熱影響區(qū)裂紋非匹配焊接接頭極限載荷的作用。(3)得到性能不均勻?qū)Ψ瞧ヅ浜附咏宇^熱影響區(qū)裂紋驅(qū)動(dòng)力的影響規(guī)律。通過(guò)“理想三材料”的力學(xué)分析模型,依賴非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋等效模型的失效評(píng)定曲線,構(gòu)建非匹配焊接接頭的,J積分方程,獲得了非匹配焊接接頭熱影響區(qū)中心裂紋驅(qū)動(dòng)力在性能不均勻影響下的計(jì)算公式。通過(guò)研究力學(xué)性能及幾何尺寸對(duì)非匹配焊接接頭熱影響區(qū)中心裂紋驅(qū)動(dòng)力的影響,總結(jié)在性能不均勻因素影響下熱影響區(qū)中心裂紋驅(qū)動(dòng)力的變化規(guī)律。(4)構(gòu)建適用于非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋斷裂評(píng)定的失效評(píng)定方法。在含缺陷結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)(R6)的基礎(chǔ)上,以非匹配焊接接頭簡(jiǎn)化模型及等效材料力學(xué)分析模型為基礎(chǔ),并計(jì)入熱影響區(qū)的力學(xué)性能及幾何尺寸等影響因素,綜合研究性能不均勻因素對(duì)非匹配焊接接頭的無(wú)因次應(yīng)力強(qiáng)度因子Kr、無(wú)因次載荷Lr及非匹配焊接接頭當(dāng)量應(yīng)力一應(yīng)變曲線的影響規(guī)律,構(gòu)建出與性能不均勻相關(guān)的非匹配焊接接頭熱影響區(qū)中心裂紋失效評(píng)定曲線,找出含熱影響區(qū)裂紋非匹配焊接接頭的工程通用失效評(píng)定曲線,并由此建立非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋斷裂的評(píng)定方法。綜合上述計(jì)算和分析結(jié)果,通過(guò)對(duì)含熱影響區(qū)裂紋壓力容器非匹配焊接結(jié)構(gòu)的案例分析,參照R6的缺陷評(píng)定程序,根據(jù)不同材料組配和幾何尺寸變化時(shí)對(duì)非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋斷裂的影響,將與性能不均勻相關(guān)的失效評(píng)定曲線應(yīng)用到壓力容器焊接接頭斷裂評(píng)定中,得出了壓力容器非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋評(píng)定方法,應(yīng)用該方法到工程實(shí)際的壓力容器非匹配焊接接頭熱影響區(qū)裂紋中,開(kāi)展結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定,完善了非匹配焊接接頭的結(jié)構(gòu)完整性評(píng)定技術(shù)。
【學(xué)位單位】：華東理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TG407
【部分圖文】：

２．２．３試驗(yàn)試樣加工??拉伸試樣按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《金屬拉伸試驗(yàn)方法》要求制作在熱影響區(qū)中也預(yù)制??４．８ｍｍ裂紋，試樣的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖２．１所示。??２．３試驗(yàn)設(shè)備及試驗(yàn)過(guò)程??２．?３．１試驗(yàn)設(shè)備??采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ＧＢ?／?Ｔ２２８—２０１０?＂金屬材料室溢拉伸試驗(yàn)方法＂，在萬(wàn)能程序試驗(yàn)機(jī)??上進(jìn)行對(duì)試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，其拉伸速度為２ｍｍ／ｍｉｎ，試驗(yàn)環(huán)境溫度為室溫，如圖２．２??所示。??纖峽—??ｍｉ％?ｉｓ??ａ?．?Ｔｅｎｓｉｏｎ?ｔ；ｅｓｔ?ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ?ｂ．?Ｔｅｎｓｉｏｎ?ｓａｍｐｌｅ??圖２．?２拉伸試驗(yàn)設(shè)備及試樣圖??Ｆｉｇ．?２．２?Ｔｈｅ?ｔｅｎｓｉｏｎ?ｔｅｓｔ?ｅｑ山ｐｍｅｎｔ?ａｎｄ?比ｅ?ｓａｍｐｉｅ??試樣的幾何尺寸及試驗(yàn)初始條件見(jiàn)表２．４所示。??表２．?４試樣的幾何尺寸及試驗(yàn)初始條件??Ｔａｂｌｅ?２．４?Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌ?出ｍｅ打ｓｉｏｎｓ?ｏｆ?ｓｐｅｃｉｍｅｎｓ?ａｎｄ?ｔｅｓｔｉｎｇ?ｉｎｉｔｉａｔｉｏｎ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ??＾?－ｈ?了ａ＾?廣??（ｍｍ）?（ｍｍ）?（ｍｍ）?（ＧＰａ）??ＭＴＡ－１?０．９６?６．３?４．７８?０．２９９?１６?２１０??ＭＴＡ－２?０．９６?４

第２１頁(yè)??２．３．２試驗(yàn)過(guò)程??拉伸試樣和硬度試樣的取樣方式及幾何尺寸如圖２．１所示，焊縫處于試樣的中間，??試樣厚度取鋼板原始厚度，試樣的寬度�。玻担恚恚嚇拥臉�(biāo)距為５０ｍｍ。記錄載荷－位移??記錄曲線。??（１）

ｇ．２．８ＦｉｎＵｅ?ｅｌｅｍｅｎｔ?ｍｏｄｅｌｆｏｒｅ?ｃｒａｃｋｔｉｐ．??３００?夕??Ｉ?．??１２。。－?．．矣＾??１?．??１００－《??１００?２００?３００??了礎(chǔ)?Ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ?／ＫＮ??圖２．９有限元分析結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較??Ｆｉｇ．?２．９?Ｃｏｍｐａｒｅ?ｏｆ?ＦＥ?ａｎａｌｙｓｉｓ?ｗｉｔｈ?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ??
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本文編號(hào)：2851911