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超高强度钢EH47的焊接残余应力数值模拟及实验研究
| 论文题名： | 超高强度钢EH47的焊接残余应力数值模拟及实验研究 |
| 关键词： | 焊接加工;残余应力;数值模拟;超高强度钢;多层多道焊;盲孔法 |
| 摘要： | 超高强度钢EH47是日本历经7年研制出来的具有强度高、低温韧性好的钢材，目前主要应用于建造10000TEU集装箱的舱口围。高强度厚板焊接加工会使接头局部发生热塑性变形和相变，从而产生焊接残余应力，导致在集装箱船中维持总纵强度和扭转力的舱口围过早发生变形、开裂和脆性断裂等问题。因此，开展对EH47钢焊接残余应力的研究，对于提高集装箱船舱口围受力结构的可靠性具有十分重要的意义。本课题研究的主要内容包括： (1)对于在计算过程中材料性能随温度变化而变化出现的材料非线性问题，进行了基于Jmatpro软件的EH47钢的高温物理性能研究。 (2)利用ANSYS软件建立了EH47钢多层多道焊的温度场和应力场有限元模型。 (3)进行焊接实验，将EH47试板开X型坡口，采用双面埋弧自动焊的焊接方法，结合多层多道焊接技术，进行平板对接焊，得到焊接接头。 (4)利用盲孔法对焊后的EH47试板进行残余应力的测量，并与模型数据对比，从而验证模型的准确性。 (5)通过相同焊接方法下，不同的焊后热处理的应力数值对比，检验焊后热处理对降低焊接残余应力的效果。 (6)进行EH47钢焊接接头力学性能检测试验，完成焊接工艺评定。 实验结果表明：只进行焊前预热，无焊后热处理的EH47试板，其纵向残余应力整体上关于焊缝中心呈对称分布。边缘应力数值几乎为0，随着渐渐靠近焊缝中心，应力数值逐渐减小，当靠近焊缝热影响区附近时出现最大压应力，然后随着继续靠近焊缝中心，纵向残余应力数值开始迅速增加，压应力过渡为拉应力，当到达焊缝中心区域时，拉应力达到最大值约为214MPa；横向残余应力分布趋势和纵向残余应力相似，数值上明显减小。经过焊后热处理的EH47试板，应力分布趋势和前者相同，焊缝中心区域处拉应力最大值为176MPa，为前者的82％，其它位置的应力值均有所降低，表明焊后热处理对降低焊接残余应力有比较好的效果。 将模型应力数值和实验应力数值进行对比，对比结果表明：模型应力数值分布和实验数值分布相似，且在焊缝区域附近处，实验所测得的最大三个拉应力值落点非常靠近模型曲线，而在远离焊缝区域所测点的应力数值和模型数值分布趋势相同，进而验证了焊接数值模型的准确性。 |
| 作者： | 庞龙龙 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 周宏 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏科技大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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