焊缝金属等效虚拟宏观损伤模型及多轴低周疲劳寿命预测

摘要

该文对1Cr18Ni9Ti不锈钢管及其环向焊缝,进行了一系列多轴非比例循环加载下的低周疲劳试验研究.针对焊缝金属所表现出的与母材金属不同的循环特性,该文考虑焊缝金属所存在的固有微观缺陷,将其等效为虚拟宏观损伤,建立了焊接接头低周疲劳的宏观损伤模型.利用有限元法对该模型的局部应力应变进行讨论,结果证明随着损伤程度的增加,降低了材料的强度,使得焊缝金属表现出循环软化的试验现象.其中裂纹、椭圆等损伤形式对拉伸的影响要大于对扭转的影响,从而定性解释了焊材所体现的循环特性的差异.并提出“虚拟临界体积法”,采用有效应变能密度作为损伤参量,以该法对焊缝疲劳寿命进行了预测.结果表明在相同的等效应变幅下,圆路径的寿命最短,而扭转载荷的寿命最长,并且预测结果在低寿命区比较理想.

目录

文摘

英文文摘

前言

第一章文献综述

1.1非比例载荷下焊接接头的多轴低周疲劳

1.2多轴非比例载荷下低周疲劳寿命估算方法

1.2.1等效应变法

1.2.2能量法

1.2.3 临界面法

1.3焊接接头的疲劳设计方法

1.3.1工程疲劳设计方法

1.3.2部应力应变法

1.3.3断裂力学及有限元法

1.4疲劳累积损伤模型

1.5本文的工作及研究意义

1.5.1本文工作

1.5.2研究意义

第二章试验及试验结果分析

2.1应力-应变空间定义

2.2材料与试件

2.2.1材料

2.2.2试件尺寸及加工

2.3试验

2.3.1试验设备

2.3.2试验控制程序

2.3.3疲劳破坏定义

2.3.4试验内容

2.4母材和焊缝金属的循环特性

2.4.1基本循环特性

2.4.2循环应力-应变关系

2.5疲劳寿命

2.5.1材料疲劳常数

2.5.2疲劳寿命比较分析

2.6本章小结

第三章焊接接头等效虚拟宏观损伤模型的建立

3.1有限单元法及ANSYS软件简介

3.2 ANSYS软件的弹塑性计算说明

3.2.1塑性理论的基本概念

3.2.2 ANSYS软件的塑性选项

3.2.3程序使用中的一些基本原则：

3.3解决多载荷步问题

3.4等效虚拟宏观损伤模型的建立

第四章计算结果及讨论

4.1焊缝金属循环特性的讨论

4.2虚拟临界体积法

4.3本章小结

第五章结论

主要符号说明

参考文献

致谢