含复合型裂纹焊接接头断裂性能及其安全性评定方法研究

摘要

焊接接头是一个力学和几何上极为复杂的不均匀结构体。为了深入研究焊接接头断裂性能及其评定工程化方法，本文对含Ⅰ+Ⅱ应力复合型裂纹焊接接头进行了深入的分析，并提出其安全性评价的工程化方法。 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纹尖端应力场的分布规律。并对不同加载角度、不同组配焊接接头的COD断裂参量及其复合角进行了数值计算。进一步基于数值解的结果，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等值区的分布是不对称的。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值的大小同时受到加载角度以及接头组配的影响。加载角度对焊接接头中复合型裂纹Ⅰ，Ⅱ型裂端场的主导性存在很大的影响，而接头强度组配对其影响不明显。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。 最后，本文结合工程实际，对含Ⅰ+Ⅱ应力复合型裂纹的焊接接头中，断裂驱动力的变化规律进行了讨论，并对安全性能评定的工程化方法进行了研究，提出了断裂参量COD及其复合角的工程估算公式。估算结果与有限元结果相比，吻合较好。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 焊接接头的断裂参量及其应用现状

1.1.1 断裂参量J积分

1.1.2 裂纹尖端张开位移

1.2 裂纹尖端应力应变场的研究现状

1.2.1 应力复合型裂纹研究现状及其新发展

1.2.2 界面裂纹研究的现状及其新发展

1.3 均匀材料缺陷评定的主要方法

1.3.1 应力强度因子准则

1.3.2 CTOD设计曲线法

1.3.3 EPRI的J积分估算方法

1.4 含缺陷焊接结构的安全评定

1.4.1 焊接接头裂端场的研究现状

1.4.2 焊接接头安全评定方法的研究现状及其新发展

1.4.3 现有评定方法存在的问题

1.5 本文研究的主要内容及技术路线

2 应力复合型裂纹焊接接头裂纹尖端场

2.1 前言

2.2 有限元计算方法

2.2.1 模型的建立

2.2.2 焊接接头材料性能的确定

2.2.3 有限元网格的划分

2.3 裂端场分析

2.4 Ⅰ+Ⅱ型裂纹的COD参量

2.4.1 裂纹张开位移COD及其复合角

2.4.2 断裂参量COD计算结果及分析

2.4.3 幂硬化指数组配对裂纹驱动力的影响

2.4.4 复合角的有限元计算结果

2.5 小结

3 复合载荷作用下焊接接头熔合线上裂纹尖端场

3.1 计算模型

3.2 裂端场分析

3.3 Ⅰ+Ⅱ型裂纹的COD参量

3.4 小结

4 含应力复合型裂纹焊接接头COD设计曲线的工程化方法研究

4.1 前言

4.2 COD设计曲线法

4.2.1 断裂参量COD设计曲线法

4.2.2 断裂参量COD的工程化估算

4.3 小结

5 含应力复合型裂纹焊接接头复合角的工程化方法研究

5.1 前言

5.2 复合角的工程化估算

5.3 工程估算结果的验证

5.4 小结

6 结论

致谢

参考文献

作者在硕士论文期间撰写和发表的论文