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對管狀結(jié)構(gòu)多道焊接殘余應(yīng)力的分析

Z. Barsoum
皇家科學(xué)院，航空局和交通部，Teknikringen 8, 100 44 Stockholm, Sweden Received 2007年6月19; accepted 17 2007年11月17
摘要
本研究的主要目的是考察管對板多道焊中靠近焊根和焊趾處的殘余應(yīng)力。研究了兩種不同的管接頭結(jié)構(gòu);一個是最大焊縫熔深的三道單U型焊接坡口，另外一個是最小焊縫熔深的兩道管對板（無槽）角焊縫。二維軸對稱有限元模型被開發(fā)用于計算溫度分布，熱影響區(qū)，熔透深度和熱機(jī)耦合分析的殘余應(yīng)力分布。計算的殘余應(yīng)力和實驗結(jié)果相比較，具很高的吻合程度。扭轉(zhuǎn)疲勞測試是為了研究在模型三中焊縫根部，上下焊趾的裂紋擴(kuò)展。一些管結(jié)構(gòu)加載了一種靜態(tài)的內(nèi)部壓力，為了在模型三中把根部裂紋和起初的裂縫擴(kuò)展分開。另一批是焊后熱處理和疲勞測試，為了研究殘余應(yīng)力的影響。
2007年Elsevier公司有限公司。最終解釋權(quán)歸公司所有。
關(guān)鍵詞：焊接模擬；殘余應(yīng)力；管狀接頭；疲勞；斷裂力學(xué)
1.導(dǎo)言
殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度有重大影響，并且眾所周知，高拉伸殘余應(yīng)力會對疲勞壽命有不良影響，而殘余壓應(yīng)力對疲勞壽命具有有利的影響。工程結(jié)構(gòu)和部件的工作應(yīng)力與焊接殘余應(yīng)力的合并將促進(jìn)疲勞破壞。各種應(yīng)力釋放的過程可以減少失敗的風(fēng)險，如焊后熱處理（PWHT）。然而，復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布通常是未知的，并且當(dāng)疲勞壽命預(yù)測評估時，保守的假設(shè)是由殘余應(yīng)力分布組成的。缺乏滲透，缺乏融合或"設(shè)計根裂痕"都將產(chǎn)生裂縫，如果應(yīng)力強(qiáng)度變化足夠高，殘余應(yīng)力是拉應(yīng)力，對比之下，疲勞壽命將會縮短。關(guān)于焊接根部殘余應(yīng)力場的調(diào)查顯示，在疲勞裂紋擴(kuò)展和外部載荷的情況下重要時，該應(yīng)力場如何變化是非常重要的。因此，在疲勞壽命評估時，需要更準(zhǔn)確的殘余應(yīng)力分布，以增加機(jī)械斷裂疲勞壽命預(yù)測的準(zhǔn)確性。
在漢森和阿格斯科夫用二沖程柴油發(fā)動機(jī)的框箱形結(jié)構(gòu)，作了了關(guān)于焊接殘余應(yīng)力、焊后熱處理和疲勞強(qiáng)度的分析。該計劃的目的是根裂紋評估，由于根部