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船用结构钢焊接过程演变及残余应力分析
| 论文题名： | 船用结构钢焊接过程演变及残余应力分析 |
| 关键词： | 船用结构钢;焊接过程演变;残余应力分析;热弹塑性有限元理论 |
| 摘要： | EH36船用钢具有强度高、低温韧性好、耐腐蚀、抗疲劳等特性，主要用于大型船舶及海工装备的建造等。由于焊接属于局部高温加热，高功率密度的热输入集中作用在焊缝附近，焊接区温度的急剧变化会在工件内部形成较高的温度梯度，导致焊后产生较大的残余应力。焊接残余应力是导致裂纹产生和影响结构强度、使用性能的重要因素。因此，开展EH36船用钢厚板焊接过程的研究，对于提高船舶重要受力结构的使用可靠性具有重要的理论和工程意义。 本文运用大型通用有限元分析软件ABAQUS作为分析手段，以10mm厚EH36平板为研究对象，建立了CO2气体保护焊的温度场有限元数值计算模型。根据实际焊接过程，建立了三层四道焊几何模型。模型综合考虑了计算精度和计算速度，利用过度网格划分了不均匀的网格，使用双椭球热源作为移动焊接热源，利用ABAQUS中“生死”单元技术实现了焊缝填充的动态过程。同时考虑了材料热物理性能参数随温度的变化，以及焊件表面通过对流和辐射向周围环境散热对温度场的影响，计算得出了温度场的分布。并利用Fortran语言对软件进行二次开发，编制了适用于不同焊接工艺的热源子程序，简化了求解过程。 在温度场分析的基础上，基于热弹塑性有限元理论建立应力场有限元数值计算模型，采用间接耦合法，将温度场计算结果耦合入应力应变场进行求解。计算得到了平板对接多层多道焊接焊后残余应力的应力场分布情况，较为系统和深入地研究了其形成的原因。结果显示，纵向残余应力和横向残余应力沿焊接方向呈现两端为压应力、中间为拉应力分布，并且分别在起始和结束段出现峰值;纵向残余应力和横向残余应力在垂直焊缝方向上，均在焊缝区域出现拉应力的最大值。 |
| 作者： | 江文林 |
| 专业： | 机械电子 |
| 导师： | 殷苏民 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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