殘余應(yīng)力對(duì)深海耐壓結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度影響研究.pdf

1、深海耐壓結(jié)構(gòu)大多采用高強(qiáng)度鋼建造,對(duì)焊接殘余應(yīng)力的敏感程度增加。凸錐柱殼為深海耐壓結(jié)構(gòu)疲勞破壞的熱點(diǎn)區(qū)域。焊接殘余應(yīng)力在一定外載荷的作用下會(huì)發(fā)生演變,殘余應(yīng)力的改變對(duì)深海耐壓結(jié)構(gòu)對(duì)結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度評(píng)估有一定的影響。因此,合理分析焊接殘余應(yīng)力及其變化規(guī)律對(duì)保證深海耐壓結(jié)構(gòu)的安全是非常重要的。
　　本文首先對(duì)典型焊接接頭的疲勞強(qiáng)度進(jìn)行理論計(jì)算和試驗(yàn)研究;然后針對(duì)大尺度高強(qiáng)度鋼錐柱耐壓殼凸錐環(huán)焊縫處的殘余應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬,研究了殘余應(yīng)力隨幾

2、何和工藝參數(shù)的變化規(guī)律,并且分析了殘余應(yīng)力變化與試驗(yàn)內(nèi)壓及下潛深度之間的關(guān)系;最后探討了大尺度高強(qiáng)度鋼錐柱耐壓殼疲勞壽命與幾何和工藝參數(shù)、試驗(yàn)內(nèi)壓和下潛深度之間的關(guān)系。本文主要研究工作及結(jié)論如下:
　　(1)采用MSC.Patran軟件建立典型焊接接頭有限元模型,對(duì)其疲勞應(yīng)力進(jìn)行分析;然后對(duì)典型焊接接頭模型進(jìn)行了疲勞壽命計(jì)算,并與疲勞試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證,計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本一致;隨著疲勞載荷的增加,典型焊接接頭的疲勞壽命不斷降

3、低;由于試件存在缺陷、偏差及焊接殘余應(yīng)力等不良影響,疲勞壽命的有限元計(jì)算結(jié)果普遍高于試驗(yàn)結(jié)果。
　　(2)利用有限元分析軟件ANSYS中的APDL語(yǔ)言編寫(xiě)了焊接模擬程序,對(duì)大尺度高強(qiáng)度鋼錐柱耐壓殼凸錐環(huán)焊縫處的焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到其焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律,并與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。分析表明:錐柱耐壓殼內(nèi)殼表面軸向焊接殘余應(yīng)力為拉應(yīng)力,殘余拉應(yīng)力隨著距焊縫中心線(xiàn)距離的增加迅速下降;而外殼表面為殘余壓應(yīng)力。
　　(3)凸

4、錐環(huán)焊縫內(nèi)殼軸向焊接殘余應(yīng)力隨柱端半徑、凸錐角和焊接速度的增大而減小,隨殼體厚度和焊接最高溫度增加而加大;而凸錐環(huán)焊縫外殼軸向焊接殘余應(yīng)力變化不大。
　　(4)對(duì)深海耐壓結(jié)構(gòu)在內(nèi)壓試驗(yàn)階段和潛浮階段的殘余應(yīng)力演變規(guī)律進(jìn)行分析。研究表明:隨著內(nèi)壓試驗(yàn)壓力增加,凸錐環(huán)焊縫內(nèi)殼軸向焊接殘余拉應(yīng)力減小。當(dāng)內(nèi)壓試驗(yàn)5MPa后,下潛深度越大,凸錐環(huán)焊縫內(nèi)殼軸向焊接殘余拉應(yīng)力變大;而凸錐環(huán)焊縫外殼軸向焊接殘余壓應(yīng)力變化較小。
　　(5)錐