高温过热器T91/TP347H异种钢焊接接头断裂失效分析

某电厂超临界火电锅炉的高温过热器管在服役约4×10~4 h后,T91/TP347H异种钢焊接接头T91钢管侧出现环向断裂事故。通过宏观检查、结构分析、化学成分分析、金相检验及硬度测试等方法,对该焊接接头断裂失效的原因进行了分析。结果表明:焊接接头的T91钢管侧内壁车削后的厚度小于钢管的最小需要壁厚,该处钢管过量车削后的结构造成的工质流动变化引起了局部超温,材料加速老化,钢管强度下降;T91钢管侧热影响区由于强度不足而发生胀粗,产生蠕变裂纹,裂纹在轴向应力的作用下不断扩展,最终引起钢管环向断裂。     

紫铜管焊接接头的断裂分析

对紫铜管焊接接头零件的断裂从成分、金相、断口等方面做了综合分析.金相分析表明,裂纹萌生于紫铜管的内外壁表面,沿晶界向壁中心扩展.金相和能谱分析证实,断口附近紫铜管基体晶界上含有大量的Cu2O第二相和一定的杂质元素铁,这些均使基体的晶界强度大大降低.断口分析表明,该铜管断口为沿晶韧性断裂特征.同时,来样铜管断裂位置均距焊接部位较近,计算表明,在高温(600～700℃)焊接过程中由于铜具有较高的导热率和热膨胀系数,因而在焊接过程中将在总接头长度范围内产生约0.5～1mm的热膨胀,从而在组织中会产生较大的热应力.综合分析认为,轧制铜管本身组织应力、焊接过程的热应力以及水压试验应力的共同作用导致晶界裂纹源的萌生、扩展和最终的沿晶韧性断裂.     

钢/锌层状复合材料的力学性能与耗能行为

对复合铸造法制成的钢/锌层状复合材料在不同条件下的单向拉伸和低周疲劳实验进行了研究.结果表明:锌的加入使钢/锌复合材料的塑性得到提高,同时其强度与钢相比有所降低.在单向拉伸条件下,拉伸速度对钢/锌复合材料试样的应力-应变曲线影响不大.在±0.5%,±1.0%,±1.5%应变范围内,所对应的拉压应力随着循环次数的增多而增大,表明材料出现循环硬化行为,并且循环应变的提高使材料的循环硬化行为逐渐明显,进一步循环使拉压应力趋于稳定.     

硬夹层含垂直裂纹焊接接头弹塑性断裂行为的研究

本文将高匹配焊缝或热影响区淬硬层含横向裂纹的焊接接头简化为硬夹层含垂直裂纹的力学性能不均匀体摸型。采用实验和弹塑性有限元方法,研究了力学性能不均匀性对接头断裂韧性CMOD和断裂参量 CMOD 的影响规律,以及对两者影响的“同步性”问题。同时,在试验中采用密栅云纹方法,直观显示了裂纹面附近位移场的分布。     

304不锈钢焊接接头的耐应力腐蚀性能

碳钢/304不锈钢复合管如果不锈钢钢管的焊接工艺参数不当,焊接接头便容易发生应力腐蚀。采用钨极氩弧焊方法焊接了304不锈钢钢管,通过慢应变速率拉伸和双环动电位再活化试验研究了不同焊接工艺参数焊接接头的耐应力腐蚀性能。结果表明,可有效提高耐应力腐蚀性能的最优焊接工艺:氩气流量为12~15 L/min,焊丝为ER308,焊接电压为50 V,电流为50 A,焊接速度为8~10 cm/min;选择合适的焊丝和降低焊接电流可有效增加304不锈钢焊接接头处的耐应力腐蚀性能。     

焊接热输入对Q345R钢接头湿硫化氢应力腐蚀敏感性的影响

实际焊接过程中焊接参数会影响焊接热输入,进而影响焊接接头的显微组织和性能.为此,研究了一系列焊接热输入条件下Q345R钢焊接接头的显微组织及其在湿硫化氢环境中的应力腐蚀敏感性.结果表明:当焊接热输入从44.2 kJ/cm增加到49.7 kJ/cm时,铁素体晶粒增大;当焊接热输入达到55.3 kJ/cm时,焊缝区组织出现了针状铁素体;在湿硫化氢环境下慢应变速率拉伸,所有焊接热输入下的焊接接头均出现明显的应力腐蚀开裂,同时发现在相同浓度的湿硫化氢环境下,当焊接热输入从44.2 kJ/cm增加到49.7 kJ/cm时,焊接接头的应力腐蚀敏感性指数随之增大,当焊接热输入增大到55.3 kJ/cm时,由于焊缝区出现了针状铁素体,使其应力腐蚀敏感性得到缓解.     

高强度结构钢及其接头热影响区的疲劳及断裂性能分析

采用焊条电弧焊对48 mm厚高强度结构钢进行焊接,对焊接接头热影响区疲劳裂纹扩展门槛值ΔK_th、裂纹扩展速率da/dN和断裂韧度K_IC进行研究并与基体进行对比。结果表明,在室温下,焊接接头热影响区具有更好的疲劳和断裂性能;随着与熔合线距离的增大,热影响区的组织依次为粗大板条状贝氏体+奥氏体薄膜、细粒状贝氏体、回火索氏体+细粒状贝氏体,硬度逐渐下降;在室温下,焊接接头热影响区和基体冲击韧性均位于上平台。热影响区的残余奥氏体薄膜和硬度较高的贝氏体是影响其疲劳和断裂性能的重要因素。     

16Mn/Zn抗震复合材料的单向拉伸与循环变形行为

采用复合铸造工艺将16Mn钢和工业纯锌制备出双金属层状抗震复合材料,并对其在不同条件下的单向拉伸性能和循环变形行为进行了研究.研究表明:在单向拉伸条件下,应变速率对复合材料试样的应力-应变曲线影响不大;在0.5%、1%、1.5%应变下所对应的拉压应力随循环次数的增多而增大,材料出现循环硬化行为,并且循环应变的提高使材料的循环硬化行为逐渐明显,进一步循环使拉压应力趋于稳定;16Mn钢/锌抗震复合材料试件具有滞回特性,使结构适应反复载荷作用下的内力和变形,起到减震的作用.     

拉伸状态下碳纤维复合材料T型接头的断裂行为

建立了碳纤维复合材料T型接头数值模型,模拟了其在拉伸载荷下的损伤产生、扩展及失效过程,并对碳纤维复合材料T型接头试件进行了静态拉伸试验。结果表明,接头的初始损伤载荷为9.8~12.0 kN,损伤发生后接头的载荷值发生突降（降低约27%~38%）,此时接头仍具有一定承载能力;试件完全脱胶载荷较初始损伤载荷略有降低（载荷范围为8.0~8.6 kN）。数值计算和试验结果吻合,结果均显示填料区是碳纤维复合材料T型接头最薄弱的部位,易发生破坏;填料区破坏后裂纹迅速向填料区周围的胶层扩展,导致胶层的剥离,这是导致碳纤维复合材料T型接头失效的最主要原因。     

基于缺口应力法的焊接接头疲劳分析

等效缺口应力法作为焊接疲劳分析的一种局部方法,不仅克服了焊接结构名义应力难以确定和焊根结构应力无法定义的困难,而且能够反映焊接局部后处理对焊接接头疲劳强度的影响,因此近年来备受关注。该文建立了典型焊接接头的三维缺口应力模型,对焊趾根部的缺口应力集中系数进行了求解;通过对对接接头和纵向角接头在焊后未处理(AS-weld)和超声喷丸处理(UPT)两种状态下的疲劳试验数据进行分析处理,获得了两种焊接接头在缺口应力系统下统一的S-N曲线,并与目前国际焊接学会所推荐的具有相同存活率的疲劳寿命曲线(IIW:m=3,FAT=225)进行比较,结果表明,该曲线具有更高的疲劳等级和更低的斜度。     

基于微观机理的Q460钢材角焊缝搭接接头延性断裂研究

该文基于微观断裂力学的方法,针对Q460钢材角焊缝搭接接头的断裂行为进行了研究。分别通过对接焊缝试件的静力拉伸试验得到了焊缝材料的本构关系,11个开圆弧形平滑槽圆形截面拉伸试件标定了焊缝材料微孔扩张模型VGM和应力修正临界应变模型SMCS的断裂参量η、α,5个正面角焊缝搭接接头拉伸试验获得了焊接接头的荷载-变形曲线并进行了数值模拟。试验结果表明,E55-D2型焊材的角焊缝搭接接头拉伸破坏形式呈延性破坏。断裂参量结果分析表明,焊材的化学成分会导致焊缝金属断裂性能的差异。该文研究成果为焊缝材料建立了准确的数值模型,同时为高强度钢材焊缝的设计和焊接结构的破坏预测提供了一种有效的方法。     

穿芯高强螺栓-端板节点方钢管混凝土框架抗震性能数值分析

为研究采用穿芯高强螺栓-端板节点的方钢管混凝土框架的抗震性能,基于一榀两层两跨方钢管混凝土框架的拟静力试验研究结果,利用有限元软件ABAQUS对试验试件进行了非线性数值分析。研究框架的破坏机制、延性、耗能能力及节点性能。在峰值荷载前,数值分析结果与试验结果吻合较好。对轴压比、节点端板厚度、加劲肋厚度以及高强螺栓预拉力等因素进行了分析。结果表明,框架滞回曲线饱满,具有良好的延性和耗能能力,节点在加载过程中未产生塑性变形。当框架柱的轴压比较小时,可形成理想的梁铰破坏机制。增大端板厚度和设置梁端加劲肋可提高结构的刚度与承载力,使框架刚度的退化趋于平缓。高强螺栓预拉力对框架性能无显著影响。     

FRACTURE MECHANICS ANALYSIS OF FATIGUE RESISTANCE OF SPOT WELDED COACH-PEEL JOINTS

Resistance spot welding is the most widely used joining method in automobile manufacture. The number, location, and quality of welds are some of the factors that influence the performance of welded subassemblies, and body panel structures. Therefore, design optimization requires knowledge of not only sheet metal behavior, but also weld behavior under service loadings. A linear elastic fracture mechanics approach was employed in this study to estimate the fatigue lives of spot welds subjected to tearing loads in a coach-peel specimen. Using a finite element method (FEM), the initial J-integral values for five coach-peel joints, each with different geometries, were calculated. Fatigue tests conducted on the same weld geometries provided life data. The experimental data were used to derive a relationship between the initial elastic J-integral values (ΔJ_e) and the fatigue life. It was found that the total fatigue life (N_f) of a weld at one applied stress range is related to its range of J-integral value such that a ΔJ_e vs N_f log-log plot gives a straight line relationship. This relationship can be used to evaluate the effects of geometrical variables on the fatigue life of coach-peel joints. The results show that, within the dimension range studied here, the effects of geometrical variables on the fatigue resistance can be ranked in the following decreasing order: weld eccentricity, sheet thickness and weld nugget diameter.     

钢框架焊接节点损伤破坏行为分析

为了正确地评价损伤累积效应对结构的影响并准确的预测结构的破坏形态,采用一批在不同循环加载制度下、构造形式不同的钢框架焊接节点试验,深入分析节点损伤破坏的因素和分类。计算试验中所有节点的累积滞回能、最大变形、最大荷载、屈服位移和屈服荷载,从而根据这些基本参数计算每个节点10种损伤指数的发展趋势,比较损伤模型对于节点损伤退化性能描述,验证并探讨不同损伤模型反应破坏模态以及对结构破坏预测的准确性。试验以及分析结果表明：加载制度对破坏模态有较大影响,对于大幅值加载试件,更易发生逐步退化破坏,而小幅值加载的试件,易发生突然破坏;不同损伤模型具有应用的局限性并且参数组合形式对其损伤指数分布影响较大;以变形为参数的模型也能够较好的表现破坏发展趋势并且通过调整参数,与同时考虑能量的模型分布相近,但其形式更为简单并且只与当前量有关,不需要积分计算,在程序中容易实现,为下一步嵌入程序选取模型提供重要的依据,为今后的工程应用提供有力的工具。     

CF-62钢焊接接头断裂韧性分布的试验研究

对ＣＦ－６２钢焊接接头Ｊ－Ｒ阻力曲线和断裂韧性Ｊ１Ｃ进行了８测试，并用参数假设检验及概率级等方法，对试验结果进行了分析和检验，得到了Ｊ１Ｃ的分特征值，为高强钢焊接接头断裂韧性的测试方法提供了依据。     

不同焊接节点构造形式钢框架整体抗震性能分析

为系统全面地对比不同构造形式对于焊接节点钢框架抗震性能的影响,该文采用通用有限元软件ABAQUS,建立多尺度钢框架非线性有限元模型,应用国内外典型试验结果,验证了精细模型和多尺度有限元模型的准确性和等效性。通过建立9种不同节点构造形式的钢框架多尺度模型,进行罕遇地震下的弹塑性时程分析,与标准型节点框架在结构变形、基底剪力、塑性耗能、断裂倾向指数等方面进行对比分析,深入探讨不同节点构造形式对钢框架抗震性能的影响,为工程应用提供参考依据。分析结果表明:只要设计合理,局部构造差异对于结构变形的影响不大,不会引起刚度的突变进而对结构造成不利的影响;对于局部加强节点框架,没有造成基底剪力的增加(少数增加最大为6%),降低了结构的地震响应,这对于结构抵抗地震荷载起到有利作用;改变节点构造可以显著地改善节点焊接接头处的断裂倾向,减缓节点焊接处的应力集中现象,使得破坏发生在母材而不是焊缝处,进而发生延性破坏避免脆性破坏。     

联肢加劲钢板剪力墙滞回性能试验研究与数值分析

完成了3个1/3比例的3层联肢钢板剪力墙试件的低周反复加载试验.3个试件的钢板剪力墙分别采用非加劲、槽钢竖向加劲和井字加劲的形式,钢板剪力墙的竖向边缘构件采用方钢管混凝土.得到了联肢钢板剪力墙试件的荷载-位移滞回曲线和破坏形态,对试件的骨架曲线、应力发展、延性及耗能能力等进行了分析.采用有限元软件ABAQUS对试件进行...     

带加劲肋多腔双层钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能试验

提出一种带加劲肋多腔双层钢板-混凝土组合剪力墙,并进行5个1：4模型试件的拟静力试验,研究该形式组合剪力墙在不同轴压比、剪跨比下的破坏形式、滞回性能、变形能力以及耗能能力。试验结果表明：带加劲肋多腔双层钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能良好,5个试件的屈服位移角平均值为1/114,极限位移角平均值为1/48;增大轴压比可提高试件的承载力,但其抗震性能有所降低;减小剪跨比,试件的承载力和刚度有较大幅度提高,其抗震性能变化不明显。采用有限元软件ABAQUS建立该形式双层钢板-混凝土组合剪力墙模型并进行分析,其计算结果与试验吻合良好。     

内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩抗震性能研究

基于可恢复功能结构设计理念,提出一种新型内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩。开展了6榀门式箱型钢桥墩试件在变轴压和水平往复加载下的拟静力试验,通过分析试件的破坏模式、荷载-位移滞回曲线、骨架曲线、位移延性系数、刚度退化特征、强度退化系数和累积滞回耗能等性能指标,探讨了设置耗能钢板、轴压比和耗能钢板厚度等对新型门式钢桥墩抗震性能的影响规律。建立门式钢桥墩试件的有限元模型,有限元分析结果与试验结果吻合较好。研究表明：设置耗能钢板能够提升门式箱型钢桥墩的延性、变形能力和耗能能力,且能有效延缓壁板的屈曲变形和开裂。新型门式箱型钢桥墩根部壁板螺栓孔附近钢板易因应力集中而开裂,致使试件最大承载力迅速降低。随着轴压比的增大,试件的承载力、耗能能力和震后可恢复性能提高。可更换耗能钢板的厚度越小,试件的承载力越低、刚度退化越快,但其延性和耗能能力得到提升。轴压比和耗能钢板厚度对试件强度退化的影响相对较小。为便于新型门式钢桥墩的推广应用,基于试验研究结果提出内置耗能钢板的门式箱型钢桥墩的延性评估简化公式和承载力的抗震设计公式。     

顶底角钢连接半刚性钢结构抗震性能数值分析

为了研究顶底角钢连接半刚性钢结构的抗震性能,介绍相关文献中角钢的屈服荷载及初始刚度的计算,基于角钢的拉压试验结果,验证角钢的屈服荷载及初始刚度计算方法的准确性并对角钢的屈服荷载计算公式进行修正,进而提出角钢在反复拉压荷载下的恢复力模型;编制角钢连接单元,提出基于有限元软件OpenSEES的顶底角钢连接半刚性钢结构的建模方法,对顶底角钢连接半刚性钢结构低周往复试验、振动台试验进行数值模拟,所得结果与试验结果进行比较,结果表明:该文提出的建模方法具有单元少、自由度少、建模方便、计算效率高、耗时少等优点,采用该文方法进行的数值模拟与试验结果吻合较好,精度能满足工程需求。