殘余應力對深海耐壓結(jié)構(gòu)疲勞強度影響研究.pdf

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

2、何和工藝參數(shù)的變化規(guī)律,并且分析了殘余應力變化與試驗內(nèi)壓及下潛深度之間的關系;最后探討了大尺度高強度鋼錐柱耐壓殼疲勞壽命與幾何和工藝參數(shù)、試驗內(nèi)壓和下潛深度之間的關系。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,對其疲勞應力進行分析;然后對典型焊接接頭模型進行了疲勞壽命計算,并與疲勞試驗結(jié)果進行對比驗證,計算結(jié)果與試驗結(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、偏差及焊接殘余應力等不良影響,疲勞壽命的有限元計算結(jié)果普遍高于試驗結(jié)果。
　　(2)利用有限元分析軟件ANSYS中的APDL語言編寫了焊接模擬程序,對大尺度高強度鋼錐柱耐壓殼凸錐環(huán)焊縫處的焊接殘余應力進行了數(shù)值模擬,得到其焊接殘余應力的分布規(guī)律,并與試驗結(jié)果進行對比。分析表明:錐柱耐壓殼內(nèi)殼表面軸向焊接殘余應力為拉應力,殘余拉應力隨著距焊縫中心線距離的增加迅速下降;而外殼表面為殘余壓應力。
　　(3)凸

4、錐環(huán)焊縫內(nèi)殼軸向焊接殘余應力隨柱端半徑、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力變化不大。
　　(4)對深海耐壓結(jié)構(gòu)在內(nèi)壓試驗階段和潛浮階段的殘余應力演變規(guī)律進行分析。研究表明:隨著內(nèi)壓試驗壓力增加,凸錐環(huán)焊縫內(nèi)殼軸向焊接殘余拉應力減小。當內(nèi)壓試驗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力變大;而凸錐環(huán)焊縫外殼軸向焊接殘余壓應力變化較小。
　　(5)錐