核电大型不锈钢水池焊接变形的预测及固有变形数据库的开发

摘要

传统方法对于焊接变形的预测和矫正主要是通过固有经验和有限的试验数据，此种方法已无法适应复杂的焊接结构和多变的焊接方法。随着计算机技术的发展，有限元数值计算成为预测焊接变形的有效手段，但对于大型复杂结构的热弹塑性有限元计算非常耗时，并且其中的有限元软件操作较为繁琐。将固有应变法运用在大型焊接结构件中，能够实现对焊接工程结构件焊接变形快速、准确的预测。固有应变法预测变形的关键在于大量准确的典型焊接接头固有变形数据，因此需要建立相应的固有变形数据库。
　　研究开展了不锈钢典型接头焊接试验，测试了焊接过程的温度场和动态变形；研究了典型焊接接头高效的热弹塑性数值计算方法，获得了典型接头的焊接温度场和变形并同试验数据进行比较；基于反分析法验证了典型接头固有应变数值的准确性，并分析了典型接头固有变形的影响因素和变化规律；分析了一种核电不锈钢水池的焊接变形并建立相应不锈钢接头固有变形数据库。研究结果表明：
　　（1）基于热弹塑性有限元法，结合高效算法和优化模型的方式能够准确计算不锈钢小接头的变形情况，并能以此获得准确的固有变形值；
　　（2）通过比较两种不同软件计算得到的小接头热弹塑计算结果和固有应变法弹性计算结果，验证了固有应变值的准确性；典型接头焊接变形反分析表明固有应变法也适用于小型接头的变形预测；
　　（3）约束位置对固有变形结果的影响不显著；垫板大小影响焊接过程的温度场从而对接头的最终变形及固有变形值有着较大的影响；试板厚度和热输入对固有变形值影响较大；
　　（4）采用固有应变的方法能够高效预测大型核电不锈钢水池的焊接变形。通过几何建模、网格划分、焊缝添加等步骤，最终由核电大型结构焊接变形预测分析软件计算得到乏燃料不锈钢水池的焊接变形情况。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 焊接变形预测方法研究现状

1.3 固有应变法原理

1.4 主要研究内容

第2章 试验材料、设备及方法

2.1 试验材料

2.2 试验设备

2.3 试验方法

第3章 典型焊接接头热弹塑性有限元分析

3.1 前言

3.2 热源模型

3.3 材料模型和边界条件

3.4 焊缝生长的模拟

3.5 有限元模型

3.6 计算结果及分析

第4章 固有应变的计算及固有应变数据库的建立

4.1 固有应变的计算

4.2 固有应变方法验证

4.3 典型焊接接头固有变形整理

第5章 乏燃料水池典型焊接接头固有变形及其规律研究

5.1 乏燃料水池典型焊接接头固有变形计算

5.2 垫板对固有变形影响

5.3 点固对固有变形影响

5.4 约束位置对固有变形的影响

5.5 垫板拘束对固有变形影响

5.6 不同板厚接头固有变形变化规律（带垫板接头）

5.7 无垫板接头固有变形规律

第6章 乏燃料水池焊接变形固有应变法高效预测

6.1 乏燃料水池结构及分析过程

6.2 计算结果分析

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢