屈服强度失配对异种金属焊接接头裂纹扩展的影响分析

为了解含缺陷核电关键构件的裂纹扩展情况,以核电一回路安全端异种金属焊接接头为研究对象,建立了符合工程实际的核电焊接接头材料模型,基于XFEM分析了屈服强度失配对裂纹扩展力学场和路径的影响。结果表明:屈服强度对裂尖力学场的梯度变化影响较小;而屈服强度的高组配形式在一定范围内能够抑制裂纹的萌生,等组配形式有利于裂纹的扩展,屈服强度的增大会使裂纹启裂所需应力值增大而裂纹扩展长度减小。研究结果为异种金属焊接接头的安全性评价提供了依据。     

扩展初始角对镍基合金焊接过渡区裂纹应力腐蚀行为的影响

焊接接头过渡区的复杂成分分布和材料性能梯度都会改变裂尖的力学状态,进而影响接头的应力腐蚀开裂行为。为了对镍基合金焊接过渡区的应力腐蚀裂纹扩展行为进行准确预测,利用ABAQUS软件对不同扩展初始角裂纹尖端的应力应变及扩展驱动力进行了分析,研究结果表明:裂纹扩展到达熔合线边界后会停止扩展;若扩展驱动力足够大,裂纹会发生偏折,转为沿熔合线边界在镍基合金焊缝内扩展;有限元分析的结果与实验结果一致。     

核电含缺陷管道共振下疲劳裂纹扩展速率分析

针对核电一回路含缺陷主管道在内压波动、机械振动状况下,管道会产生明显的振动疲劳效应问题,建立了核电一回路含缺陷管道动态有限元模型研究动态特性对主管道疲劳裂纹扩展速率的影响。运用ABAQUS对核电一回路含缺陷主管道在静态内压和弯矩幅值下进行分析,得到静态裂纹应力强度因子及其前缘应力;然后对主管道在幅值相同的简谐循环载荷作用下进行分析,得到共振疲劳效应下的动态裂纹应力强度因子及其前缘应力;最后运用Paris公式分别得出静态与动态作用下疲劳裂纹扩展速率。研究结果表明:在内压及弯矩下,共振疲劳作用分别会提高裂纹最深点应力强度因子及其前缘应力50%~100%和16%~23%,同时二者分别会提高疲劳裂纹扩展速率将近5倍。     

结构钢材基于CTOD的裂纹扩展阻力曲线的低温试验研究

裂纹尖端张开位移(CTOD)是材料断裂分析的重要判据指标。在钢材韧性较好的时候,随着裂纹的扩展,构件的承载力也会有所提高,说明随着裂纹扩展,裂纹尖端的断裂韧度有所升高。裂尖断裂韧度与裂纹扩展量的关系曲线称为裂纹扩展阻力曲线。裂纹扩展阻力曲线反映了构件断裂过程与构件的断裂模式、承载力的有关系。本文根据结构钢材低温断裂试验的结果,分析了常用结构钢材的低温条件下基于CTOD指标的裂纹扩展阻力曲线,试验结果可为钢结构断裂设计提供依据。     

不同参数组合下纵肋顶板细节疲劳开裂时焊趾关键测点应力变化分析

文章主要内容是对纵肋顶板焊接细节在不同参数组合情况下疲劳开裂对焊趾附近应力下降影响进行分析。纵肋顶板焊接细节是钢桥面板中占比较大的疲劳易损细节,且一旦疲劳开裂对结构影响较大,因此对此焊接细节进行深入的研究具有重大的工程实际意义。通过监测焊趾附近关注测点应力变化可以预测结构裂纹的发展情况,但是不同结构参数组合下变化情况可能存在差异。通过建立纵肋顶板疲劳细节的试件试验的有限元模型,通过提取中心离焊趾5 mm处测点的应力,对比不同参数下焊趾关键测点的应力下降随裂纹扩展的变化规律。通过对比发现,当取不同熔透率时,焊趾关键测点应力下降随裂纹扩展规律基本一致;取相同熔透率时,增加顶板厚度会延缓关键测点应力下降随裂纹扩展的过程。     

焊接结构裂纹扩展分析的无网格和水平集耦合方法

针对焊接结构由于初始裂纹的存在而导致裂纹扩展,降低结构承载力,危及结构使用安全的问题,提出了分析有初始裂纹焊接结构的裂纹扩展及其扩展路径的无网格和水平集耦合方法。先建立焊接结构的无网格模型,将节点划分为常规节点、阶跃扩展节点和裂尖扩展节点; 然后采用移动最小二乘法计算近似函数,得到结构的位移场及应力场; 最后采用相互作用积分法求解应力强度因子,将最大周向应力准则作为失效准则计算开裂角,获得焊接结构的裂纹扩展路径。裂纹几何形状采用水平集法描述,裂尖位置采用在裂尖处相互正交的波前水平集函数和裂尖水平集函数定位,裂纹扩展路径跟踪采用水平集更新算法实现。以焊接节点为环状形式截面且存在初始焊接裂纹为研究对象,编制了基于所提方法的裂纹扩展程序。结果表明:采用所提方法分析焊接结构裂纹扩展计算得到的应力场光滑且协调,无需进行后处理,避免了有限元计算裂纹扩展时网格畸变和扭曲,提高了传统无网格法的精度和效率,实现了对裂纹扩展路径的准确跟踪。     

钢箱梁竖向加劲肋焊接接头疲劳裂纹碳纤维补强修复试验研究

针对钢箱梁顶板与竖向加劲肋焊接接头疲劳细节,选取了3个已有焊趾疲劳裂纹的局部足尺试件作为研究对象,采用CFRP补强法对其中一组试件焊趾裂纹进行修复,其他两组对比试件则在CFRP补强的基础上分别进行钻孔及裂纹焊合处理。修复结束后,采用疲劳试验机进行100 MPa等应力幅疲劳加载,并在试验结束后对试件进行切割,以获取裂纹扩展断面。对试验数据进行处理分析,分别从疲劳裂纹扩展寿命、扩展断面等角度对修复效果进行评价。结果表明:CFRP补强法可显著提高疲劳裂纹的扩展寿命;在CFRP补强的基础上进行钻孔或裂纹焊合处理可进一步降低疲劳裂纹的扩展速率;CFRP布参与工作后可明显降低试件截面的疲劳应力,但粘贴未施加预应力的CFRP布对于短裂纹则几乎没有修复效果。     

B780CF钢焊接接头疲劳裂纹扩展速率可靠性研究

对B780CF钢在不同的焊接工艺下疲劳裂纹扩展行为进行试验,研究其概率疲劳规律。采用七点递增多项式拟合方法,计算了一系列不同焊接工艺下相同裂纹长度存活率分别为50%、90%、95%、99%、99.9%的裂纹扩展速率,得到了不同焊接工艺下疲劳裂纹扩展速率曲线及表达式。定量分析了在不同可靠度下焊接工艺对疲劳裂纹扩展速率及Paris公式中两个重要参数的影响。     

基于XFEM的岩石裂纹扩展数值模拟

扩展有限元法(XFEM)采用水平集法描述裂纹,以单位分解方法改进形函数,可以很有效的模拟含裂纹问题。以ABAQUS软件为平台,利用XFEM计算了有限板应力强度因子,模拟了大理岩三点弯曲荷载下的裂纹开展状况。结果表明,扩展有限元法能有效的对裂纹扩展过程进行仿真,计算结果满足工程要求,为解决实际复杂问题提供了方便的途径。     

低温下钢结构焊接施工质量保证浅谈

低温焊接质量保证主要是要防止接头脆化或由此面产生微裂纹,提高焊接环境和结构构件的实际温度是最有效的外部保证措施,人、机、料、法、环方面因素的综合监控管理是实现低温焊接质量保证的关键。