应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

关于焊接残余应力与应变问题的分析与探讨;中厚板多层焊后焊层对焊缝纵向残余应力影响的数值分析;1420铝锂合金动态低应力无变形焊接技术;数值计算模拟工艺参数对管道环焊缝残余应力的影响;焊接应力场与应变场的计算与讨论     

P70端墙结构的焊接变形仿真与控制

货车端墙结构在焊接过程中由于焊缝处收缩产生压应力导致端墙结构失稳,产生波浪变形,一方面使结构强度降低,另一方面影响了表面的平整和美观。采用固有应变有限元法可以避开整个焊接过程,着眼于焊接以后在焊缝和近缝区存在的固有应变,找出固有应变大小和分布与焊接参数以及焊件尺寸等的关系,将固有应变作为初始应变值进行一次弹性有限元计算,就可以得到整个焊件的残余应力和变形。通过将固有应变等效为焊缝及热影响区的热载荷,可以进行线性失稳分析确定临界载荷,然后采用非线性失稳分析确定失稳变形的大小。同时在仿真模型的基础上,研究不同线能量对焊接变形的影响程度。     

Stellite31合金静叶片焊接残余应力的计算

采用热弹塑性有限元法，分析计算了Ｓｔｅｌｌｉｔｅ３１合金静叶片电子束焊接时焊接工艺对焊接残余应力的影响。结果表明，残余应力包括焊接本身产生的应力和由于构件约束限制焊接自由收缩而产生的约束应力。焊接方向和焊件的装夹方式对接头中的残余应力分布有较大的影响，焊缝两端附近的残余应力分布和焊接方向有关，起焊端附近焊缝中心是拉应力，崦在终焊端附近则产压应力。     

关于焊接残余应力与应变问题的分析与探讨

传统的观点认为在焊缝及近缝区存在着残余压缩塑性应变,而近几年有学者提出焊缝不存在残余压缩塑性应变,只存在拉伸应力和应变,在焊后焊缝当中不可能存在残余压缩塑性变形,从而对消除残余应力的方法进行了重新论述,为了分析关于焊缝和近缝区纵向残余应力及纵向塑性应变的分布,采用数值模拟的方法对熔焊接头的应力和应变进行了分析和计算,结果表明,焊缝及近缝区存在着纵向残余压缩塑性应变,验证了传统观点的正确性,并就计算结果对有关残余应力与应变的因果关系及相关问题进行了分析和讨论.     

局部外加载荷对TC4焊接纵向残余应力影响的有限元分析

TC4因其优良的力学性能和工艺性能而被广泛地使用,但是由于在焊缝及近缝区的塑性压缩变形导致焊接件中存在绝对值较大的焊接纵向残余压应力和焊接变形,其根本原因在于纵向焊接残余压应力超过了TC4薄板件的临界失稳应力。为了减少焊接变形及其所导致的附加弯矩,采用随焊冲击旋转挤压的方式对焊缝及近缝区进行塑性延展。其中跟随焊接热源移动的外加载荷将对焊接过程中的应力应变过程产生影响。采用有限元方法分析局部外加载荷对焊接残余应力及焊接瞬态应力应变的演化过程的作用,分析结果说明在外加载荷的作用下产生了塑性延展,降低了焊接残余应力,从根本上消除了导致焊接变形的因素。     

Stellite31合金静叶片焊接残余应力的计算

采用热弹塑性有限元法，分析计算了Ｓｔｅｌｌｉｔｅ３ｌ合金静叶片电子束焊接时焊接工艺对焊接残余应力的影响。结果表明，残余应力包括焊接本身产生的应力和由于构件约束限制焊接自由收缩而产生的约束应力。焊接方向和焊件的装夹方式对接头中的残余应力分布有较大的影响，焊缝两端附近的残余应力分布和焊接方向有关，起焊端附近焊缝中心是拉应刀，而在终焊端附近则是压应力。     

内压与焊接残余应力共同作用下高温管道蠕变有限元分析

利用大型有限元分析软件Abaqus的多次顺次耦合功能,先对P91钢高温主蒸汽管道焊接接头焊态和焊后热处理状态进行残余应力分析,然后采用Norton蠕变本构关系,根据P91耐热钢在625℃下焊缝、热影响区和母材的不同蠕变参数,对内压以及内压与热处理后残余应力共同作用下的接头蠕变进行有限元分析,分别得到了焊接残余应力和焊后热处理残余应力的分布规律,同时预测了在高温环境下服役105h后蠕变应变分布.结果表明,由于高温管道的壁厚以及约束等影响,焊后产生了较大的焊接残余应力,通过焊后热处理可以有效地降低焊接残余应力.但由于热处理残余应力的存在,仍对高温管道焊接接头的蠕变有较大影响,并且在焊缝与热影响区的交界处存在着较大的蠕变应变.     

Finite Element Analysis of High Temperature Piping Creep for Considering the Effect of Inner Pressure and Welding Residual Stress

利用大型有限元分析软件Abaqus的多次顺次耦合功能,先对P91钢高温主蒸汽管道焊接接头焊态和焊后热处理状态进行残余应力分析, 然后采用Norton蠕变本构关系,根据P91耐热钢在625℃下焊缝、热影响区和母材的不同蠕变参数,对内压以及内压与热处理后残余应力共同作用下的接头蠕变进行有限元分析,分别得到了焊接残余应力和焊后热处理残余应力的分布规律,同时预测了在高温环境下服役105h后蠕变应变分布. 结果表明,由于高温管道的壁厚以及约束等影响, 焊后产生了较大的焊接残余应力,通过焊后热处理可以有效地降低焊接残余应力.但由于热处理残余应力的存在, 仍对高温管道焊接接头的蠕变有较大影响,并且在焊缝与热影响区的交界处存在着较大的蠕变应变.     

RPV顶盖和CRDM管座焊接残余应力三维数值模拟

制造了反应堆压力容器顶盖和控制杆驱动机构(CRDM)管座贯穿件J形密封焊模拟件,测试了焊接过程温度和焊后残余应力;采用分段移动温度热源模型和热力耦合方法实现了三维焊接温度场和应力场的高效计算,并与试验结果进行了比较;基于模拟的三维残余应力场研究了J形密封焊的应力分布特征. 结果表明,采用的模型和方法能实现J形密封焊残余应力的高效数值计算,计算和试验结果符合较好;J形密封焊缝上的纵向应力大于轴向应力,贯穿件内外壁应力不均匀,焊缝和贯穿件坡上和坡下区域的应力大于侧坡区域应力.     

焊件几何形状及焊材对堆焊残余应力影响的探讨

针对焊件堆焊过程中的温度场和应力、应变场进行有限元计算,探讨焊件的几何形状以及焊材屈服强度等因素对残余应力场的影响。计算结果表明,除了堆焊层的屈服强度因素外,焊件的温度场随焊接过程变化规律及焊件结构的拘束特点对于残余应力都有直接影响。     

纯铝薄板TIG焊接残余应力测量

通过高速摄像对纯铝薄板TIG焊电弧形态进行分析,采用小孔法对3 mm纯铝薄板焊接接头进行残余应力测试,利用应变节点采集应变信号并进行无线通讯数据传输,用Matlab软件计算残余应力值。试验结果表明:垂直于焊缝,纵向残余应力从焊缝中心到母材总体呈下降趋势,在焊缝中心存在较大的拉应力,在熔合区周围得到残余应力的最大值,到达母材区后拉应力变为压应力,在约束区残余压应力逐渐减少,最后转变为拉应力。沿着焊缝方向由两边向中心纵向残余拉应力逐渐减小。     

蜂窝夹套结构焊接接头的应力强度分析

由于蜂窝夹套焊缝受力情况比较复杂,焊接部位经常出现焊缝开裂引起泄漏,焊接残余应力是重要的影响因素之一。运用大型有限元分析软件ABAQUS的热一力耦合功能,对304不锈钢蜂窝夹套的塞焊和填角焊两种焊接方式进行有限元模拟,得到了这两种焊接接头的残余应力分布情况。结果表明,塞焊焊接方式的蜂窝夹套焊缝处的残余应力大于采用填角焊方式的。采用塞焊方式蜂窝孔处的焊接残余应力较高,焊完第二个蜂窝孔后对第一个蜂窝孔的残余应力影响较大。而采用填角焊方式则这种影响较小。对塞焊和填角焊焊缝进行强度计算,结果表明填角焊焊缝的承载能力较好。研究结果为蜂窝夹套进行分析设计和控制焊缝开裂提供了理论基础。     

基于盲孔法的T92钢管焊接残余应力研究

运用盲孔法分别对拘束和无拘束、不同的焊速和热处理温度条件下的T92钢管焊接残余应力进行了测试.试验结果表明,其他焊接条件相同时,焊接残余应力随焊速的增大而减小;热处理温度过低会无法达到减小残余应力的目的,同时推断出750℃左右是最佳的热处理温度;同时,当焊件存在外部拘束条件时,焊件残余应力会增大,焊件热影响区的残余应力值均大于焊缝区的残余应力值.     

数值模拟和实验研究Ti6Al4V合金激光熔透焊接残余应力

采用热-弹塑性三维有限元法研究激光熔透焊接Ti6Al4V合金的残余应力,并采用小孔法测量焊接残余应力以和计算结果进行比较.有限元计算时,建立了以焊缝形貌尺寸为参数的统一锥形热源模型来模拟不同热输入时的焊接温度场,并讨论了边界条件和有限元网格大小的确定.研究结果表明:采用焊缝轮廓尺寸作为热源参数能准确模拟焊缝横截面轮廓;钛合金激光熔透焊接的纵向残余应力分布梯度陡;在焊件表面和内部残余应力分布趋势不同,采用小孔法测量的残余应力分布和计算的焊接件内部残余应力分布相似.     

铝/钢电弧辅助激光熔钎焊接残余应力及焊接变形（英文）

采用热-弹-塑性有限元法对铝/钢异种金属钨极惰性气体保护(TIG)焊辅助激光对接熔钎焊接(A-LWB)过程进行数值模拟,考虑材料非线性、几何非线性和加工硬化的影响,与单激光焊接(SLWB)过程中温度场、残余应力和焊后变形进行对比。结果表明:数值计算得到的热循环、残余应力和焊接变形与测量结果吻合较好,验证有限元计算方法的有效性。与SLWB相比,A-LWB使得焊缝横向上的高温分布范围变宽,降低焊缝处产生的横向拉应力,缩小焊缝处纵向拉应力的分布范围,在一定程度上减小焊后变形。     

基于ANSYS的U肋角焊缝双丝埋弧焊热应力数值模拟

利用ANSYS软件建立了钢桥正交异性板双丝埋弧焊的有限元模型,并划分网格,加载双椭球移动热源模拟整个焊接过程的动态变化,计算出了焊件的温度场,最后调用温度场结果并使用热-结构耦合功能计算出了焊件的残余应力分布。计算结果表明:热源中心处温度梯度较大,而热源后方温度变化放缓,1500 s左右时焊件冷却至室温。U肋和底板的残余应力分布大致相同,焊缝区的残余应力表现为拉应力且数值较大,峰值超过材料的屈服强度,远离焊缝处逐渐过渡为压应力且最后趋于平缓。数值模拟的结果可以为焊接工艺参数的设计和残余应力分布的研究提供参考。     

核电用特厚SA508-3钢板焊接过程模拟分析

为了得到核电SA508-3钢焊件上各区域热循环曲线及残余应力分布规律,采用有限元软件,通过提出改进的子结构算法,减少模型非线性计算的节点总数,使模拟更加接近真实的厚板焊接过程。模拟结果表明:离热源越近的节点峰值温度越高,冷却速度越快,焊缝上任意节点的热循环曲线基本一致;厚板焊后残余变形关于焊缝中心对称;焊缝外表面的横向残余应力既有压应力,也有拉应力,焊缝内表面为较高的横向拉应力,纵向一直保持较高的残余拉应力,且占主导地位,使得焊件危险部位在沿着焊接方向的焊缝中心附近。     

铝合金搅拌摩擦焊接头残余应力分布

采用小孔法对3 mm厚2024-T4铝合金板搅拌摩擦焊对接接头的残余应力分布规律进行研究.为了衡量钻孔引入应变对结果的影响,测量了退火2024铝合金板钻孔产生的应变,将其作为附加应变对焊接试件上测得的应变结果进行修正.结果表明,在试验条件下得到的焊接接头的残余应力以纵向应力为主,横向应力相对很小;纵向高应力区集中在轴肩作用区域,呈不对称分布,前进侧应力高于返回侧,在轴肩作用区域之外应力值迅速降低,在距焊缝中心较远的区域转变为压应力;纵向残余应力峰值为164.5 MPa.分析认为,机械搅拌和焊接温度场的叠加作用造成焊缝两侧纵向残余应力的不对称分布.     

BT20钛合金电子束热处理残余应力计算

利用三维有限元分析软件，模拟了BT20钛合金薄板焊态和焊后电子束局部热处理的实际焊接温度场以及残余应力的分布。结合数值计算，讨论了不同的热处理方式以及热处理工艺参数对焊接接头残余应力分布的影响。结果表明，在钛合金薄板焊缝的背面进行电子束局部热处理，可以显著降低焊缝中心处的残余拉应力。数值计算结果还表明，在其它工艺参数相同的情况下，随着局部热处理加热宽度和加热时间的增加，焊缝及近缝区的纵向残余应力随之降低，同时产生残余应力的范围也随之增大。     

不同厚度钢板对接焊缝残余应力和变形的数值模拟

基于ABAQUS有限元分析软件建立不同厚度钢板对接焊模型,考虑材料随温度变化的性能参数,并采用间接法进行热力单向耦合,得到焊接温度场及应力应变场计算结果,提取不同路径上残余应力及变形分布曲线,对比分析其焊接残余应力及变形分布规律。结果表明:焊件厚度对节点峰值温度有一定影响,从而改变压缩塑性变形并最终影响焊接残余应力及变形结果,不同厚度焊件焊接残余应力及变形的整体分布规律基本一致。