基于約束效應(yīng)的焊接接頭強(qiáng)度失配的研究及應(yīng)用.pdf

1、焊接接頭中的不均勻性因素普遍存在，而且也十分復(fù)雜。其中焊縫與母材的強(qiáng)度失配這一因素，對(duì)焊接接頭裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)和斷裂韌性有著重要的影響。而由于焊接方法本身的原因，極易在焊接接頭處出現(xiàn)焊接缺陷，導(dǎo)致焊接接頭成為焊接結(jié)構(gòu)斷裂的薄弱環(huán)節(jié)，許多焊接結(jié)構(gòu)的斷裂都是源于此處。因此，研究強(qiáng)度失配對(duì)焊接接頭斷裂的影響，具有重要的實(shí)際意義。本文基于幾何約束，對(duì)強(qiáng)度失配的影響進(jìn)行了深入的分析，基于均勻材料中描述幾何約束的J—A2三項(xiàng)解，得到了預(yù)測(cè)焊接接頭裂紋

2、尖端應(yīng)力場(chǎng)的J—A2-A2m公式，并通過(guò)有限元方法驗(yàn)證J—A2-A2m，公式預(yù)測(cè)的裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)，同時(shí)將其應(yīng)用于焊接接頭的J—R阻力曲線的修正來(lái)對(duì)J—A2-A2m公式進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。 ⑴對(duì)J—A2三項(xiàng)解的適用性和適用范圍進(jìn)行分析，并將J—A2三項(xiàng)解預(yù)測(cè)的裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)和有限元解進(jìn)行對(duì)比。 ⑵結(jié)合J—A2三項(xiàng)解，建立了超，欠匹配無(wú)幾何約束和等匹配有幾何約束情況下的修正邊界層有限元模型，對(duì)多種荷載下裂紋尖端附近區(qū)域張開(kāi)應(yīng)力進(jìn)行

3、了計(jì)算分析，作出了超匹配，等匹配情況下裂紋尖端應(yīng)力隨荷載的變化圖。在研究了這兩種情況下應(yīng)力隨荷載變化圖之間的關(guān)系之后，對(duì)于超匹配情況得出了一個(gè)新的刻畫(huà)強(qiáng)度失配對(duì)裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)影響大小的參量A2m。對(duì)于一般試樣即幾何約束和失配約束都存在的情況，在分析了失配約束參量A2m和幾何約束參量A2之間的關(guān)系后，建立了預(yù)測(cè)焊接接頭裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)的J—A2-A2m公式。 ⑶為了驗(yàn)證J—A2-A2m公式預(yù)測(cè)的裂紋尖端應(yīng)力場(chǎng)，建立了一個(gè)三點(diǎn)彎試樣的

4、有限元模型，并將三點(diǎn)彎試樣的有限元解和公式J—A2-A2m預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，分析公式的適用范圍和誤差。 ⑷由于幾何約束和失配約束不同，因此標(biāo)準(zhǔn)焊接試樣的J—R阻力曲線并不能代替實(shí)際焊接構(gòu)件的J—R阻力曲線。為了獲得較接近構(gòu)件實(shí)際的J—R阻力曲線，同時(shí)用試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證J—A2-A2m公式，本文最后利用J—A2-A2m公式對(duì)J—R阻力曲線進(jìn)行修正來(lái)考慮約束效應(yīng)的影響。并將預(yù)測(cè)結(jié)果與該材料試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證修正曲線結(jié)果的有效性。