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文檔簡介
1、大型船舶水上和水下結(jié)構(gòu)越來越受到工程界的關注,這些大型船舶結(jié)構(gòu)所處的工作環(huán)境往往十分復雜,它們受到多種載荷的周期性作用,結(jié)構(gòu)容易發(fā)生疲勞破壞。為了提高強度,大型船舶水上水下結(jié)構(gòu)通常采用高強度鋼建造。在保證結(jié)構(gòu)承載力的情況下結(jié)構(gòu)的疲勞強度有所降低,這就有必要對結(jié)構(gòu)的疲勞壽命進行校核。由于這些大型結(jié)構(gòu)都是焊接結(jié)構(gòu),不可避免地會在結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生焊接殘余應力,因此在進行疲勞壽命校核時必須考慮到焊接殘余應力的影響。因此,研究船舶典型焊接接頭焊接殘余
2、應力對疲勞強度的影響是一項十分重要的工作。
本文分別選取 FPSO典型焊接接頭和錐柱耐壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭為研究對象,首先對典型焊接接頭進行了初始殘余應力和殘余應力隨外載荷釋放的有限元模擬與試驗研究;然后進行了受載后殘余應力變化對疲勞壽命影響的計算分析和疲勞壽命試驗。本文主要研究工作與重要結(jié)論如下:
(1)以高強度鋼FPSO典型焊接接頭和錐柱耐壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭試件模型為研究對象,基于大型商用有限元軟件ANSYS的參數(shù)
3、化有限元分析語言APDL二次開發(fā)及生死單元技術編寫相應的焊接模擬程序,進行典型焊接接頭初始殘余應力模擬和殘余應力釋放模擬研究。
?。?)對FPSO典型焊接接頭試件初始焊接殘余應力進行數(shù)值模擬,結(jié)果表明:FPSO典型焊接接頭初始焊接殘余應力最大值位于焊趾處,表現(xiàn)為拉應力。隨著遠離焊趾,殘余應力逐漸減小,部分轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯ΑH缓蟛捎?X射線無損檢測方法對初始殘余應力進行測量,其應力分布與有限元計算結(jié)果相一致。
?。?)對錐柱耐
4、壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭試件進行初始焊接殘余應力數(shù)值模擬,結(jié)果表明:凹錐表面表現(xiàn)為拉伸殘余應力,應力幅值位于在焊縫熔合線處,焊縫區(qū)殘余應力呈雙峰分布,凸錐表面表現(xiàn)為殘余壓應力,壓應力幅值位于焊縫中心線附近,焊縫區(qū)殘余應力呈單峰分布。隨著遠離焊縫區(qū),殘余應力迅速減少并趨于零。然后采用 X射線無損檢測方法對初始殘余應力進行測量,其應力分布與有限元計算結(jié)果相一致。
?。?)在得到初始殘余應力的基礎上,對FPSO典型焊接接頭和錐柱耐壓結(jié)構(gòu)典型
5、焊接接頭試件進行了焊接殘余應力釋放數(shù)值模擬,研究了外載荷對殘余應力的影響,結(jié)果顯示:當試件經(jīng)過一定的外載荷釋放后,殘余應力顯著減小,其分布趨勢基本不變,隨著外載荷的增大,殘余應力釋放更多,但載荷的作用次序以及作用次數(shù)對殘余應力的釋放沒有影響,殘余應力的釋放只與載荷的最大幅值有關。然后對釋放后的殘余應力進行試驗測量研究,應力分布與有限元模擬所得結(jié)論相同,說明了本文所采用的計算焊接殘余應力的數(shù)值模擬方法是合理可靠的。
?。?)對FP
6、SO典型焊接接頭試件熱點應力進行計算,基于S-N曲線法計算其疲勞壽命,對比了考慮殘余應力和不考慮殘余應力情況下的疲勞壽命,結(jié)果表明,在考慮殘余應力影響下的疲勞壽命明顯小于不考慮殘余應力影響的疲勞壽命。
(6)基于局部應力應變法對錐柱耐壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭試件疲勞壽命進行計算,對比了考慮殘余應力和不考慮殘余應力情況下的疲勞壽命,結(jié)果表明,殘余應力的存在大大減小了疲勞壽命,焊接殘余應力對疲勞的影響至關重要,不可忽略。然后對錐柱耐壓結(jié)
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