焊縫對裂紋尖端應(yīng)力場的約束效應(yīng)及其解理斷裂預(yù)測.pdf

1、焊接是鋼結(jié)構(gòu)建造中的基本工藝,廣泛應(yīng)用于艦船、鋼橋、飛機(jī)、導(dǎo)彈、車輛等各個領(lǐng)域。由于焊接方法本身的因為,極易在焊縫處出現(xiàn)焊接缺陷,導(dǎo)致焊接接頭成為焊接結(jié)構(gòu)斷裂的薄弱環(huán)節(jié),很多焊接結(jié)構(gòu)的斷裂都是源于此處。其中,焊縫幾何因素、焊材與母材的強(qiáng)度差異(即強(qiáng)度失配)對焊接接頭的強(qiáng)度及斷裂韌性有著重要的影響。因此,研究它們對焊接接頭斷裂強(qiáng)度的影響,具有重要的實際意義。
　　 本文基于先進(jìn)的J-A2雙參數(shù)方法,通過對雙材料(含有強(qiáng)度失配的)焊

2、接接頭和單一焊材裂紋尖端應(yīng)力場約束水平的定量分析,提出了一個刻畫強(qiáng)度失配和焊縫寬度對裂紋尖端場影響的失配約束參量A2m,并由此建立了描述焊縫裂紋尖端應(yīng)力場的J-A2-A2m雙參數(shù)公式。
　　 為了得出關(guān)于失配比率m和焊縫寬度的失配約束參數(shù)A2m,對焊縫試樣和全焊材ASTM標(biāo)準(zhǔn)試樣進(jìn)行有限元數(shù)值分析,并計算其對應(yīng)的兩個裂紋尖端應(yīng)力場,采用簡單權(quán)重平均技巧計算不同強(qiáng)度失配和焊縫寬度與全焊材試樣的約束參數(shù)。由于A2m受失配比率和焊縫寬

3、度的共同影響,因此需要設(shè)計一組失配比率和焊縫寬度的標(biāo)準(zhǔn)試樣,分別計算其失配約束,分析它們對失配約束的影響。通過曲面擬合,得到相應(yīng)的雙因數(shù)函數(shù)公式。
　　 采用實例展示確定失配約束參數(shù)A2m、獲取裂紋尖端應(yīng)力場J-A2-A2m公式的過程。為了驗證J-A2-A2m公式的有效性,選取三點(diǎn)彎和緊湊拉伸兩種試樣,對不同載荷水平、焊縫寬度、失配比率及裂紋長度等情況,分別計算裂紋尖端應(yīng)力場,并與有限元計算數(shù)值解對比。結(jié)果表明,約束參數(shù)A2m與

4、裂紋長度、載荷水平以及載荷的加載方式均無關(guān),J-A2-A2m公式可以準(zhǔn)確地計算不同強(qiáng)度失配和焊縫寬度下的裂紋尖端應(yīng)力場。
　　 將修正的J-A2方法結(jié)合RKR解理斷裂模型,給出了一種預(yù)測焊接接頭解理斷裂韌度的工程方法。利用這一方法,針對文中的焊縫材料,導(dǎo)出了焊接接頭的解理斷裂韌度的預(yù)測公式。根據(jù)同一材料同溫下在特征距離處的局部斷裂應(yīng)力相同,運(yùn)用預(yù)測公式可以由已知約束條件下的解理斷裂韌度,預(yù)測其他約束條件下的解理斷裂韌度,并將預(yù)測