陶瓷-金属二次部分瞬间液相连接接头残余应力分析

利用热弹塑性有限元方法,模拟分析了Si3N4陶瓷与Ni合金进行二次部分瞬间液相连接接头残余应力分布状态和中间层对此连接接头应力分布的影响.结果表明在靠近连接界面附近的陶瓷外表面存在最大拉伸应力;有中间过渡层的接头应力出现大幅度的降低.分析认为陶瓷与金属之间热膨胀系数的重大差异是导致残余应力的主要原因;采用中间过渡层能缓和接头的残余应力,提高接头强度.     

超声冲击处理对5083铝合金焊接接头残余应力的影响

为了分析5083铝合金焊接接头残余应力分布和减少铝合金焊接接头残余拉应力,采用超声冲击处理技术对焊接接头进行处理,使用X射线衍射仪测试焊接接头冲击前后表面的残余应力.结果表明:纵向残余应力在焊缝起点和终点附近趋于零应力状态,中间稳定区为较大的拉应力;在近焊缝中心两侧为较大的拉应力,远离焊缝的两端为较小的压应力.经过超声冲击处理后的焊接接头,冲击区域的残余应力由较大的拉应力转变为压应力,随着冲击强度的增加,冲击区域表面的压应力也逐渐增大,当冲击强度大于2.0 s/cm~2后,冲击产生的压应力值最终在220 MPa处波动;只冲击焊趾也可以降低焊趾和焊缝的残余应力,但与全覆盖冲击相比,焊缝的残余应力下降程度较小;随着抛光深度的增加,超声冲击引入的压应力逐渐减小,在抛光深度达到2 mm后,冲击后的焊缝残余应力和未冲击处理的残余应力保持一致.     

复合材料板与钢板胶接、螺接与混合对接接头的力学特性研究

对6种不同的复合材料板与钢板的连接接头,即单盖板胶接、螺接、混接,以及双盖板胶接、螺接、混接的连接接头进行了静力拉伸试验与数值研究。静力试验获得了接头的失效载荷、载荷-位移曲线以及失效模式,通过对比发现接头的承载能力与接头形式有很大关系。采用有限元方法获取了胶接接头中胶层应力分布,并研究了接头各设计参数如搭接长度、胶层厚度等对接头强度的影响规律。     

铝/钢复合过渡接头焊接温度场及性能试验研究

本文通过试验方法对比研究了焊接热循环对三种应用于舰船铝合金、钢质结构连接的铝合金-钢复合过渡接头温度场及界面结合性能的影响。在前期研究的基础上,试样依次采用铝合金TIG焊、MIG焊实现过渡接头与铝合金板材之间的焊接。过渡接头复合界面的温度场及焊接前后界面结合性能测试结果表明：焊接热循环对过渡接头复合界面剪切强度及厚度方向的抗拉强度具有显著的影响。同一焊接条件下,焊接热循环在新型四层复合过渡接头界面上产生的温度峰值明显低于目前广泛应用的两种三层复合过渡接头,四层复合过渡接头焊接前后的性能也大大高于后者,即使采用小宽度焊接试样,其焊后性能仍能满足舰船设计指标要求。因此,是能满足“更高施焊温度、更大应力承载、结合界面更强和更高结构韧性”要求的新型铝合金、钢结构焊接连接用过渡接头。     

高强度钢典型焊接接头参数对残余应力的影响

随着深海耐压结构下潜深度不断加大,高强度钢应用越来越广泛。高强度钢对焊接残余应力较为敏感,会对深海耐压结构的疲劳强度产生不利的影响。本文基于焊接热力学理论,利用Ansys的APDL编程语言对高强度钢耐压壳典型焊接接头模型的焊接残余应力进行数值模拟,得出焊接残余应力分布,并与无损检测结果进行对比,结果显示耐压壳典型焊接接头模型数值模拟结果与试验测量结果趋势基本一致。在此基础上研究材料属性及边界条件对耐压壳典型焊接接头焊接残余应力的影响。结果显示:焊缝附近区域存在较大的残余应力,凸面主要是压应力,凹面以拉应力为主;随着与焊缝中心线距离的增大焊接残余应力的值会降低;改变材料属性和边界条件后,耐压壳典型焊接接头模型焊接残余应力幅值会发生变化,并在焊缝附近区域表现更为明显。本文研究结果可为高强度钢水下耐压结构的安全性研究提供相关理论基础。     

FPSO典型焊接接头在疲劳载荷下的残余应力释放数值模拟

为了保证FPSO典型焊接结构的安全可靠性，较准确地预测残余应力在疲劳载荷下的释放状况，采用了三维弹塑性有限元方法．首先分析了在有预载荷情况下，FPSO典型焊接接头的残余应力释放大小，并用试验数据进行验证，然后分析了该结构在疲劳载荷下的残余应力释放行为．计算结果表明，残余应力释放是与初始残余应力和外载荷的大小密切相关的．     

厚板多层多道对接焊残余应力轮廓法测量及热-弹-塑性有限元分析

船体外板结构多采用多层多道焊工艺建造,焊接产生的残余应力复杂,易导致焊接结构断裂和疲劳失效.本文采用轮廓法与基于并行计算技术的热-弹-塑性有限元研究Q235厚板多层多道对接接头内部残余应力分布及其变化过程,预测结果与测量结果吻合较好.预测结果表明,纵向残余应力在焊缝区为拉应力,沿接头宽度方向逐渐减小最终转变为压应力,正面焊缝中部区域拉应力值明显降低;横向残余应力在焊缝区上表面及背面填充处为拉应力,沿接头宽度方向逐渐降低,在正面焊缝中部区域为压应力;Z向残余应力主要存在于焊缝区,正面焊缝以压应力为主,背面焊缝以拉应力为主.厚板多层多道焊接过程中,残余应力变化是由于后一道焊缝对已焊的焊缝起到热处理作用导致的,焊缝接头残余应力分布由最后一道焊缝决定.     

FPSO典型焊接接头残余应力释放及其对疲劳强度的影响

为了在估算结构疲劳强度时计及残余应力释放的作用,合理地解释在以往焊接接头疲劳试验中不能解释的试验结果,借助三维弹塑性有限元法,研究了FPSO典型焊接接头在任意变幅循环载荷作用下的残余应力释放规律,建立了在任意变幅循环载荷作用下残余应力释放大小与残余应力和外载荷大小之间的计算公式,从而定量地分析了残余应力的释放,提高了疲劳强度估算的准确性和可靠性。     

船舶结构用铝—钛—钢复合过渡接头疲劳性能研究

铝－钛－钢爆炸复合板作为新型舰船结构铝合金，钢之间连接过渡接头取代传统的铆接连接具有优越的连接性能和施工工艺。本研究模拟实际应用条件，测定了其焊接前后在固定应力水平下的弯曲疲劳寿命和弯曲疲劳Ｓ－Ｎ曲线，并运用计算机得到Ｓ－Ｎ曲线的回归方程，为复合过渡接头疲劳寿命的预测和最大应力的控制等提供了依据。     

基于残余应力释放的FPSO典型焊接接头的疲劳强度修正公式

由于浮式生产储油卸油船(FPSO)等船舶结构在服役前常常经历过较大的静载荷,这个预载荷常常会使焊接接头处较高的残余应力产生释放,同时船舶结构还承受着不断变化的波浪载荷,所以在估算FPSO等船舶结构典型焊接接头的疲劳强度时,需考虑残余应力释放的影响.该文通过有限元方法分析了在任意变幅循环载荷下,疲劳热点处的残余应力释放的规律,归纳出残余应力释放的大小与初始残余应力和外载荷之间的关系公式.然后,利用此公式对改进的疲劳估算公式进行修正,并且利用修正后的公式估算不同预载荷下典型焊接接头的疲劳强度,结果与试验结果棚符合.利用修正的改进公式可以更合理地对典型焊接接头在任意变幅循环载荷下的疲劳强度进行设计,同时也合理地解释了疲劳试验中以往不能被理解的结果.     

钢铝过渡接头的应用研究

为降低船舶的质量重心、提高航速,某型船上层建筑首次采用铝合金材料。以往铝合金材质的上层建筑与钢质主船体采用铆钉连接,现已逐渐被钢铝过渡接头所替代,其优点为采用焊接工艺、水密性好、耐腐蚀,还使得建造工艺大为简化,但在实际建造中出现了钢铝过渡接头分层的质量问题,直接影响船舶质量。对此,阐述如何从钢铝过渡接头特性出发,对钢铝过渡接头分层的原因进行分析,对钢铝过渡接头之间的焊接接头连接形式以及钢铝过渡接头与钢质主船体、铝合金上层建筑的连接形式进行优化;控制钢铝过渡接头焊接时焊点的厚度,焊接时不超过钢铝复合界面,且焊接点与钢铝复合界面的距离>3mm;控制复合界面临界温度,焊接过程中界面温度应低于临界温度,并留有安全裕度。通过优化钢铝过渡接头连接结构形式及焊接工艺规则,掌握了解决钢铝过渡接头分层原因的关键技术。     

钢铝过渡接头的应用研究

为降低船舶的质量重心、提高航速,某型船上层建筑首次采用铝合金材料。以往铝合金材质的上层建筑与钢质主船体采用铆钉连接,现已逐渐被钢铝过渡接头所替代,其优点为采用焊接工艺、水密性好、耐腐蚀,还使得建造工艺大为简化,但在实际建造中出现了钢铝过渡接头分层的质量问题,直接影响船舶质量。对此,阐述如何从钢铝过渡接头特性出发,对钢铝过渡接头分层的原因进行分析,对钢铝过渡接头之间的焊接接头连接形式以及钢铝过渡接头与钢质主船体、铝合金上层建筑的连接形式进行优化;控制钢铝过渡接头焊接时焊点的厚度,焊接时不超过钢铝复合界面,且焊接点与钢铝复合界面的距离>3mm;控制复合界面临界温度,焊接过程中界面温度应低于临界温度,并留有安全裕度。通过优化钢铝过渡接头连接结构形式及焊接工艺规则,掌握了解决钢铝过渡接头分层原因的关键技术。     

锥柱耐压壳典型焊接接头残余应力研究

高强度钢材料对焊接残余应力非常敏感,显著影响了高强度钢锥柱耐压壳结构的安全可靠性及使用寿命,有必要针对这类壳体典型焊接接头的残余应力进行分析研究。本文首先基于有限元软件ANSYS的参数化语言APDL开发相应的焊接模拟程序,对高强度钢锥柱耐压壳典型焊接接头模型的焊接过程进行数值模拟,得到其焊接残余应力的应力水平及分布规律;然后采用X射线无损检测方法测量焊缝区域的残余应力。结果显示：焊缝附近区域存在较大焊接残余应力,其值随着与焊缝中心线距离的增加而迅速降低,数值模拟结果与试验结果基本吻合。     

船舶舷顶角填角焊焊接接头的力学性能研究

本文建立了船体舷顶角全焊透及未焊透两种焊接接头的有限元应力分析的力学模型；对船体舷顶角进行了平面应变有限元应力的弹塑性分析和三维弹塑性应分分析：研究了未焊透裂纹长度，宽度及裂纹形状对末焊透前沿应力集中程度的影响。     

厚板焊接残余应力的试验研究

通过盲孔法,测定了不同焊接接头、不同板厚、不同焊接工艺下厚板的焊接残余应力,在考虑了塑性影响的基础上,得到了厚板焊接残余应力的分布规律.分析讨论了焊接接头、板厚、焊接工艺以及焊接坡口大小对焊接残余应力分布的影响及原因.结果表明,采用自由焊工艺,可以减小焊接残余应力.而调整焊接顺序,则可以改变焊接残余应力的峰值位置.合理设计承载面的坡口大小,可以有效降低焊接残余应力对结构强度的影响.     

锥柱耐压壳高强度钢典型焊接接头残余应力研究

锥柱耐压壳常采用高强度钢建造,高强度钢对焊接残余应力较为敏感,因此有必要针对耐压结构典型焊接接头的残余应力进行研究。本文基于热弹塑性相关理论,采用Ansys的APDL语言编制焊接残余应力数值模拟程序。研究板厚、板宽、锥角以及焊接速度、焊喉温度对典型焊接接头轴向焊接残余应力的影响。研究表明:锥柱耐压壳凹面焊趾附近区域残余拉应力较大,应作为疲劳强度研究的重点区域。板厚和焊喉温度对残余拉应力的影响较残余压应力大;板宽和锥角对残余拉、压应力影响均较大。本文的研究可以控制焊接残余应力和优化焊接加工工艺,并为后续耐压结构疲劳强度的研究奠定相关理论基础。     

单面搭接粘接接头的应力

用有限元方法来预测聚碳酸酯／聚碳酸脂单面搭接粘接接头接受轴向截荷时的剪切应力和法向应力分布。将数值分析结果与光弹试验结果进行了比较，证实了数值模型的正确性。研究了搭接长度和被粘接物形式对应力的影响。     

T形焊接接头残余应力与变形的三维数值模拟

焊接残余应力和变形是个长期困扰船舶行业的难题。本文介绍了预测焊接残余应力和变形的基本数值理论,用MSC.Marc有限元分析软件对T形接头的焊接过程进行了实时三维数值模拟,并对焊接温度场、残余应力分布以及角变形计算结果进行了分析说明。     

船用铝-钢过渡接头截面优化设计

1982年我匿研制出铝．钢过渡接头．1990年用于船舶结构设计、施工并获得成功。经过近10年来的推广应用．有多家船厂批量地建造了几型小艇．总数达百余艘。本文以热传导理论为基础．对铝．钢过渡接头进行截面优化设计．推荐铝-钢过渡接头铝层厚度约为8mm．重量约为2kg／ra．较进口铝一钢过渡接头重量节省50％以上，本文同时给出铝合金上层建筑围壁与钢船体连接采用的结构形式，     

工艺参数对平板对接焊温度场及残余应力的影响

焊接变形和残余应力对集装箱船的建造质量有着重要影响，通过优化焊接工艺可以有效提高其结构的焊接质量。为选择合理的焊接工艺参数，文章基于ANSYS软件，建立了船舶平板对接焊的有限元分析模型，采用高斯热源模型，对接头的温度场及应力变形进行了数值模拟，并将焊接电流、焊接速度和板厚对平板对接焊残余应力场及变形的影响规律进行了分析和总结，对实际生产中集装箱船结构焊接质量的控制具有一定的参考价值。