原文传递
海洋平台桩腿板材切割残余应力与裂纹、后续焊接残余应力耦合作用研究
| 论文题名： | 海洋平台桩腿板材切割残余应力与裂纹、后续焊接残余应力耦合作用研究 |
| 关键词： | 高强度钢;海洋平台;桩腿板材;桩腿齿条;圆管焊接;残余应力 |
| 摘要： | 海洋平台桩腿齿条加工涉及切割和焊接两个过程，加工工艺复杂，由于热切割、焊接产生的残余应力以及初始缺陷的存在会对海洋平台的使用寿命产生重要影响。在齿条结构加工成型过程中，热切割与焊接常常以先后顺序作用于齿条结构，切割残余应力场与焊接产生的残余应力场会发生耦合作用，形成分布形式复杂的耦合残余应力。目前，国内外对桩腿板材的的切割和焊接残余应力研究较少，因此有必要研究板材切割、焊接过程残余应力的分布规律与演变。 本文基于海洋平台桩腿板材切割、焊接加工工艺特点，阐述了热弹塑性有限元基本理论，并利用有限元分析软件 ANSYS对桩腿齿条结构氧气切割与焊接过程进行了数值模拟，主要内容如下： 首先，建立了适用于海洋平台桩腿板材氧气切割的复合热源模型，并基于生死单元技术，模拟了平板切割与齿板切割过程，探究了板材切割残余应力的分布规律。结果表明，切割残余应力以纵向残余应力为主，切割热影响区残余应力较大。齿条板切割时，齿根处残余应力最大，在厚度方向上，上下表面残余应力要大于中间区域残余应力。 其次，在平板切割数值计算的基础上，引入了切割裂纹模型，通过数值模拟的方法，分析了含有初始裂纹的平板切割残余应力重分布规律。结果表明:切割裂纹引起残余应力重分布，对于垂直于割缝方向布置的裂纹，模型上表面裂纹尖端区域，残余应力由拉应力向压应力过渡，并在裂纹前缘深度的最深处，出现残余拉应力最大值。对于平行于割缝方向布置的裂纹，模型上表面裂纹尖端附近拉应力大于引入裂纹前应力值，在向裂纹尖端趋近区域，拉应力迅速下降并低于初始应力值。在裂纹前缘深度的最深处，出现切割残余拉应力最大值。 最后，建立了齿条板与圆管焊接模型与完整结构切割、焊接连续加工模型，通过数值模拟，分析了焊接残余应力分布规律以及切焊连续加工过程耦合残余应力演变规律。结果表明：切割与焊接热影区呈现应力叠加现象，切、焊连续加工过程中，两种加工过程残余应力分布趋势相似，焊接残余压应力峰值小于单独进行焊接过程残余压应力峰值。 |
| 作者： | 张亮 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 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： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
检索历史
应用推荐
