殘余應(yīng)力對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.pdf

1、大型船舶水上和水下結(jié)構(gòu)越來越受到工程界的關(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

2、應(yīng)力對疲勞強(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象，首先對典型焊接接頭進(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：
　?。?）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象，基于大型商用有限元軟件ANSYS的參數(shù)

3、化有限元分析語言APDL二次開發(fā)及生死單元技術(shù)編寫相應(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。
　?。?）對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射線無損檢測方法對初始?xì)堄鄳?yīng)力進(jìn)行測量，其應(yīng)力分布與有限元計(jì)算結(jié)果相一致。
　?。?）對錐柱耐

4、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射線無損檢測方法對初始?xì)堄鄳?yīng)力進(jìn)行測量，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FPSO典型焊接接頭和錐柱耐壓結(jié)構(gòu)典型

5、焊接接頭試件進(jìn)行了焊接殘余應(yīng)力釋放數(shù)值模擬，研究了外載荷對殘余應(yīng)力的影響，結(jié)果顯示：當(dāng)試件經(jīng)過一定的外載荷釋放后，殘余應(yīng)力顯著減小，其分布趨勢基本不變，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)對殘余應(yīng)力的釋放沒有影響，殘余應(yīng)力的釋放只與載荷的最大幅值有關(guān)。然后對釋放后的殘余應(yīng)力進(jìn)行試驗(yàn)測量研究，應(yīng)力分布與有限元模擬所得結(jié)論相同，說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FP

6、SO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。
　?。?）基于局部應(yīng)力應(yīng)變法對錐柱耐壓結(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)力對疲勞的影響至關(guān)重要，不可忽略。然后對錐柱耐壓結(jié)