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1、大厚度內(nèi)環(huán)件是核電壓力容器的重要構(gòu)件,在制造過(guò)程中產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力會(huì)影響其承載能力、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及使用壽命等。研究大厚度內(nèi)環(huán)件的焊接殘余應(yīng)力分布對(duì)于提高核電壓力容器的安全可靠性有非常重要的意義。
本課題結(jié)合實(shí)驗(yàn)測(cè)量和有限元模擬研究核電內(nèi)環(huán)形件模擬件的殘余應(yīng)力分布情況。采用小孔法測(cè)試了熱處理前后的表面應(yīng)力,基于輪廓法測(cè)量了焊接模擬件熱處理后內(nèi)部縱向應(yīng)力分布,通過(guò)有限元方法計(jì)算焊接模擬件的焊后及熱處理后應(yīng)力場(chǎng),分析大厚度內(nèi)環(huán)形件模
2、擬件的應(yīng)力分布特征;基于微沖剪法測(cè)試了接頭力學(xué)性能分布的不均勻性,結(jié)合有限元法分析接頭力學(xué)性能不均勻性對(duì)焊接殘余應(yīng)力的影響。
小孔法表面應(yīng)力測(cè)試結(jié)果表明:熱處理前,焊接模擬件的表面縱向殘余應(yīng)力在焊縫區(qū)域?yàn)槔鞈?yīng)力,母材區(qū)域出現(xiàn)壓縮應(yīng)力;橫向殘余應(yīng)力在焊縫區(qū)域?yàn)槔鞈?yīng)力,峰值拉伸應(yīng)力出現(xiàn)在上下表面的焊縫區(qū)域及靠近焊趾區(qū)域,表面應(yīng)力狀態(tài)呈明顯的M形分布;熱處理后,表面應(yīng)力明顯降低,且整個(gè)模擬件上下表面上的橫向應(yīng)力與縱向應(yīng)力分布趨勢(shì)
3、基本保持一致。輪廓法內(nèi)部應(yīng)力測(cè)試結(jié)果表明,熱處理后模擬件中截面上焊縫區(qū)域拉伸縱向應(yīng)力幅值大于200MPa,峰值拉伸縱向應(yīng)力出現(xiàn)在焊縫中心距上下表面一定深度,壓縮縱向應(yīng)力出現(xiàn)焊縫兩側(cè)。
結(jié)合數(shù)值模擬的結(jié)果和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的焊后應(yīng)力結(jié)果發(fā)現(xiàn)其趨勢(shì)和數(shù)值上都吻合良好。有限元模擬的結(jié)果表明:廣義平面應(yīng)變模型和軸對(duì)稱模型,計(jì)算的結(jié)果都能反映大厚度模擬件焊接應(yīng)力分布特征:焊后熱處理對(duì)殘余應(yīng)力的消除作用主要發(fā)生在熱處理的加熱階段后期和保溫階段初期
4、,保溫階段后期對(duì)殘余應(yīng)力的消除作用較小。
考慮焊接接頭力學(xué)性能不均勻性的有限元模型計(jì)算結(jié)果表明,力學(xué)性能不均勻性會(huì)導(dǎo)致殘余應(yīng)力在焊接接頭區(qū)域的應(yīng)力幅值發(fā)生變化,但分布趨勢(shì)基本不變,焊后上表面的縱向應(yīng)力相比均勻力學(xué)性能模型上升了18.7%,橫向應(yīng)力上升了18.7%,中等厚度位置的縱向應(yīng)力下降了18.7%,橫向應(yīng)力上升了59.7%;熱處理后上表面的縱向應(yīng)力相比均勻力學(xué)性能模型上升了14.4%,橫向應(yīng)力上升了33.3%,中等厚度位置
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