力学不均匀性对含横向裂纹焊接接头J积分的影响

采用 MARC有限元程序提供的 Delorenzi虚拟裂纹扩展方法计算了平面应力条件下不同强度匹配的焊缝纵向受载的含横向裂纹的焊接接头在不同载荷的广义 J积分。计算结果表明 :力学不均匀性对含横向裂纹焊接接头的 J积分有重要影响 ,低匹配焊接接头中积分路径穿越焊缝与母材界面的 J积分值高于积分路径在焊缝内的 J积分值 ,高匹配焊接接头中积分路径穿越焊缝与母材界面的 J积分值低于积分路径在焊缝内的 J积分值 ;载荷越大 ,焊缝与母材的强度差别越大 ;积分路径中包含的焊缝与母材界面长度越大 ,J积分的差值越大。力学不均匀性对焊缝纵向受载的含横向裂纹的焊接接头 J积分的影响是由焊缝与母材的强度差别及积分路径中包含的焊缝与母材界面长度的不同造成的     

焊接接头断裂性能的试验研究

为了理解材料及几何组配，对不同应力状态条件下不同几何构形的焊接接头试件的J积分的作用和影响，对单边裂纹板远场均匀拉伸条件下焊接试件的临界J积分进行实际测试。结果表明，试件未开裂之前，在同一载荷的作用下，焊接接头的J积分参量、加载点位移△以及裂纹嘴张开位移CMOD值介于全母材和全焊缝材料测试值之间，并且低组配焊接接头的J积分参量依照全母材、焊接接头和全焊缝的次序依次递减，而高组配则与低组配正好相反。不同材料组配焊接接头的J积分值，在焊接疑宽度较小时，与其全母材的J积分测试结果较为接近；而在焊缝宽度参数较大时，与全焊缝材料结果的差别较小。因此，在进行焊接接头的J积分值测试时必须考虑焊缝宽度参数的影响。     

非均质焊接接头界面裂纹断裂表征参量的分析

结合双材料界面裂纹结构应力场的研究成果，分析非均质焊接接头界面裂纹结构裂端场的性能特点，对焊接接头COD参量的复合与分解途径进行讨论。基于有限元计算方法，对熔合线含裂纹焊接接头的COD值及其复合因子进行计算，指出非均质焊接接头不同于传统研究过程中假设裂纹处于焊接接头焊缝中间裂纹模型的情况，而是完全演化为Ⅰ型与Ⅱ型复合型界面裂纹结构模式。并进一步讨论不等组配界面裂纹焊接接头断裂参量及复合因子的影响因素。     

SS400钢焊接接头抗断性能的数值评估

SS400钢是一种超细晶粒、超纯净、具有优良综合力学性能的新一代钢铁材料，其焊接结构性能的研究对其推广应用具有重要的意义。文中通过数值分析方法，以SS400母材性能为参照，对其实际焊接接头的抗断裂性能进行评估。采用MARC商用软件，对不同中心贯穿裂纹尺寸的SS400母材及其实际焊接接头拉伸板模型进行三维有限元计算和拉伸过程模拟。焊接方法为脉冲熔化极混合气体保护焊，焊接板的中心裂纹处于焊缝与热影响区之间的熔合区。用作比较的母材板的裂纹尺寸和位置、网格划分、边界条件等与焊接板完全相同。根据计算结果，分析焊接接头力学不均匀性对应力应变场的影响，并依据全面屈服理论对断裂参量CTOD进行分析比较。结果表明，焊接接头的CTOD值均低于同裂纹尺寸的纯母材。因此，该焊接接头拉伸板的抗断性能应优于纯母材。     

应力复合型裂纹焊接接头裂端场及其断裂参量分析

针对含Ⅰ+Ⅱ应力复合型裂纹的焊接接头,应用弹塑性有限元方法分析了其裂端应力场的分布规律。并对不同组配焊接接头的裂纹张开位移(COD)断裂参量及其复合角进行了数值计算,讨论了加载角度和接头强度组配对焊接接头中应力复合型裂纹的断裂行为及其断裂参量的影响机制。研究结果表明,无论何种强度组配,焊接接头裂纹尖端应力场的分布是不对称的。裂端上部发生锐化现象,而裂端下部发生钝化现象。断裂参量COD值的大小受接头组配的影响,因此,不能简单地采用全母材的性能代替接头进行焊接接头的断裂分析。加载角度对焊接接头中复合型裂纹Ⅰ、Ⅱ型主导性存在很大的影响,而接头强度组配对其影响不明显;而裂纹复合角则会受到加载角度及材料组配因素的影响。因此,在进行含应力复合型裂纹的焊接接头的COD断裂参量的计算时,必须考虑这些因素的综合影响作用。     

用弹塑性有限元法对焊接接头裂尖场J积分的研究

采用平面应力弹塑性有限元法研究了中心裂纹板焊接接头裂尖场J积分参量及其应用的可行性，数值分析采用MARC软件的二维弹塑性分析模型，探讨了不同强度匹配（高，等，低匹配）的焊接接头试样在加载过程中裂尖场J积分的变化情况，计算结果表明，靠近焊接接头裂纹尖端的J积分回路明显的路径相关性，而远离裂尖的J积分回路表现出路径无关性，焊接接头强度匹配因子M对裂纹尖端的J积分值有很大的影响，对应于每一个载荷P／P0，J积分的值随M的增大而减小，特别是当P／P0＞1．0时这种情况更明显。     

SUS304不锈钢超薄片脉冲激光焊接工艺及接头的显微组织和力学性能

在不同激光功率(140～420 W)和焊接速度(10～30 mm·s~(-1))(即不同热输入)下对SUS304不锈钢超薄片(厚度0.2mm)进行脉冲激光搭接焊,研究了热输入对焊缝成形的影响,并分析了最优成形接头的显微组织和力学性能。结果表明:当热输入在9～20J·mm~(-1)时可获得成形良好的焊缝,其中在激光功率320 W、焊接速度20mm·s~(-1)(热输入16J·mm~(-1))条件下的成形性能最优;最优成形接头焊缝中心为等轴晶组织,熔合线处为细小柱状晶组织,近熔合线的焊缝中形成了胞状树枝晶;最优成形接头熔合线处的硬度最高,其次为焊缝区;不同激光功率和焊接速度所得接头均在热影响区发生断裂,最优成形接头的抗拉强度最高,达到790.1MPa,接近于母材的,其拉伸断裂方式为韧性断裂。     

焊缝区中裂纹的J积分和失效评定曲线的研究（一）

本文用弹塑性有限元的方法对16MnR母材及焊接热影响区和焊缝组合的对接焊接接头中裂纹做了大量J积分计算,对16MnR材料及其焊接接头中裂纹的失效评定曲线进行了研究,探讨了焊缝和焊接热影响区对失效评定曲线的影响,提出了焊缝区裂纹可采用的工程失效评定曲线制订方法。     

非均质焊接接头中J积分虚拟裂纹扩展计算方法研究

将虚拟裂纹扩展（ＶＣＥ）算法推广应用于非均质焊接接头，建立了三维弹塑性状态下Ｊ积分参量的ＶＣＥ算法有限元程序。基于平面数值分析，详细考察了该算法在非均质焊接接头中的适用性。此外，讨论了焊接接头中三维状态下Ｊ参量沿裂纹前缘的分布规律。     

LF6铝镁合金电子束焊接

研究了焊缝中合全元素Mg的烧损现象、焊接接头的力学性能和焊接热裂纹等问题。结果表明，电子束焊接LF6铝镁合金，其焊缝组织为微细等轴晶，熔合线附近为胞状树枝晶；Mg合金元素在焊缝上部和中心区有较大的蒸发损失；焊接接头存在一定的软化，其抗拉强度为母材的91．2%，除延伸率比母材高外，断面收缩率和冲击韧性值与母材相比均有所降低；在合适的参数匹配下，焊缝中不会出现热裂纹以及氧化膜所导致的熔合不良与夹渣等问题。     

Effect of constraint on fracture behavior of welded 17mn4 and aisi304 steels

In this study, 17Mn4 (P295GH) pressure vessels steel and AISI304 stainless steel were welded with ER309L austenitic consumable. In experimental part of the study, tensile tests were conducted on welded plates and variation of hardness values along specimen was measured. J-integral fracture toughness values were investigated for different crack locations. In order to determine the regions where plastic deformation did not take place due to constraint, uni-axial tensile test was performed on welded tensile specimen after attaching strain gauges. In numerical part of the study, finite element (FE) analyses were conducted by fixing 2-D models precracked on different locations by using ANSYS software. In these models, stress triaxiality and plastic deformation characteristics around crack tip were determined for each crack locations after stress — strain analyses. The limitation on the extension of plastic deformation at diffusion line causes extra increase in stress triaxiality at crack tip.     

含裂纹强度失配焊接接头弹塑性变形分析

采用有限元方法对平面应变条件下含裂纹不同强度失配的平板拉伸焊接接头的弹塑性变形进行了分析,研究了焊缝与母材强度失配系数、焊缝硬化性能、裂纹长度等对接头塑性变形的影响。结果表明：强度失配系数对接头塑性变形有显著影响。低匹配时,变形首先集中在焊缝中,而高匹配则对焊缝起到了一定的保护作用。失配系数一定时,不同焊缝硬化性能接头的塑性变形发展趋势是一致的;但当外载较大时,局部塑性变形程度不同,焊缝的硬化性能降低,裂尖塑性变形增大。
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焊接表面裂纹J积分直接测试法研究

对半椭圆形表面裂纹弹塑性断裂力学参量Ｊ积分的直接测试方法进行了深入分析,并在此基础上,实际测试了存在于均匀母材试样及力学性能不均匀的高匹配焊接接头焊缝区的表面裂纹的断裂力学参量Ｊ积分。     

Modelling the effect of HAZ undermatching on the crack-tip stress distribution in idealized welds

In order to study the influence of the heat-affected zone softening on the fracture behaviour of welds with cracks in the weld metal centre line, a large variety of weld geometries and undermatch conditions of the heat affected zone mechanical properties, relative to the weld metal and base material, were addressed in this study. With this aim, the opening stress distribution in notched welded specimens was analysed using the numerical simulation of the three-point bending test. The numerical results show a reduction in the stress levels ahead of the crack tip for welded specimens with severe heat-affected zone undermatch. The stress distribution is strongly influenced by the crack position relative to the weld material/heat-affected zone interface, independently of heat-affected zone width.     

铝合金焊接接头疲劳强度试验研究

通过焊接接头疲劳试验,对铝台金3A21和5083焊接接头疲劳性能和相应S-N曲线进行分析,计算对接和不同角接头疲劳强度和曲线参数,分析不同接头几何形状和焊趾半径对疲劳强度的影响,并且对不同几何型式的接头以及铝合金与钢焊接接头疲劳试验结果进行比较。不同的承载方式和接头几何型式导致应力集中;焊趾半径大小决定应力集中程度,最终影响焊接接头的疲劳强度。     

力学性能不均匀性对焊接接头三点弯曲试样塑性区发展规律的影响

利用弹塑性有限元方法对焊接接头试样在三点弯曲试验中塑性区的发展情况进行了计算。分析了不同的裂纹深度、强度组配，焊缝宽度以及不同位置裂纹的焊接接头试样对塑性区形状发展的影响规律。分析结果显示，不同强度组配和几何特征的焊接接头试样对裂纹尖端塑性区的发展规律有较大的影响，由于裂纹尖端拘束程度的不同会造成塑性区的形状和尺寸的改变，因此在做焊接接头试样三点弯曲试验时，可能会得出与均质材料试样不同的驱动力曲线     

Effects of weld cross-section profiles and microstructure on properties of pulsed Nd:YAG laser welding of Ti6Al4V sheet

In this study, the influence of weld cross-sectional profiles and microstructure, under different welding conditions, was investigated on the mechanical properties of pulsed Nd:YAG laser-welded joint of Ti6A14V alloy. The V- and H-shaped weld cross-section profiles were obtained under low and high heat input, respectively. The microstructure in the fusion zone (FZ) of V- and H-shaped welded joint consisted of a fine acicular martensitic α′ solidification structure within the prior-β grains, responsible for the maximum hardness in the FZ. Tensile tests revealed that the V-shaped welded joint fractured at the near heat-affected zone (HAZ)/base metal (BM) interface, but the H-shaped welded joint fractured in the BM. Furthermore, the tensile strength of the V-shaped welded joint was lower than that of the H-shaped welded joint. This was attributed to the fact that the heterogeneity of strain distribution at the interface of HAZ and BM of the V-shaped welded joint was greater than that of the H-shaped welded joint during tensile process.     

力学不均匀性对焊接接头动态J积分影响的实验研究

用真空电子束焊的方法建立焊接接头的“软夹硬”非均匀体模型。用示波冲击的试验方法测出试件的动态断裂韧性,用该模型研究了焊接接头的力学不均匀性对其动态J积分的影响。结果表明,裂纹位于硬区材料,断裂韧性值理接近硬区材料,与软区材料的断裂韧性值差别较大;随夹层宽度增加,断裂韧性值减小,夹层宽度到某一值时,断裂韧性值趋于稳定。     

不同类型接管安全端焊接接头常温断裂韧性对比研究

对带镍基合金隔离层和无隔离层两种不同类型接管安全端焊接接头的常温断裂韧性进行对比研究,研究结果表明:接头焊缝区的J-R阻力曲线和断裂韧性高于SA508区域,低于316L区域。界面裂纹的J-R阻力曲线和断裂韧性最低,界面区域的延性裂纹起裂和扩展阻力最小。带隔离层接头中熔合区、热影响区和焊缝中心区的J-R阻力曲线和断裂韧性J 1c略高于无隔离层接头的对应区域。无隔离层接管安全端接头的J-R阻力曲线和断裂韧性可以达到带隔离层接头的水平。