基于切口应力强度理论的135°拐角处应力场分析

在焊接接头处,几何的不连续造成了局部的应力集中,形成了应力奇异效应,有必要做进一步的研究。文章基于切口应力强度理论,引入了奇异强度as的概念,提出了评估切口应力的简便算法,并通过一系列十字形模型进行了验证。最后,将修改表达式的预估结果同N-SIF公式作了对比分析,结果表明该修正公式可以简单、准确地预估焊接接头处的应力。     

弯曲载荷下船体十字形焊接接头的应力场分析

针对船体焊接接头处因结构不连续造成局部应力集中,拐角处形成应力奇异效应,结构易发生破坏的问题,以船体十字形接头为研究对象,引入奇异强度系数as的概念,将拐角应力简化成I型应力(张开型)和II型应力(滑移型)之和,提出评估十字形接头拐角处应力场的简便算法,并将预估结果同传统的NSIF公式以及有限元结果进行对比,结果表明,所提出的十字型接头拐角应力场预估公式更简便有效。     

基于切口应力强度理论的横向角接焊接接头的疲劳强度评估

在焊接接头处,由于几何的不连续造成了局部的应力集中,对其疲劳强度评估的研究是十分必要的。文章提出采用奇异强度（as）来计算接头处的几何应力,并基于N-SIF方法分析了不同几何尺寸下十字接头的疲劳强度。结果表明该修正公式可以十分简便地评估出焊接接头处的疲劳强度。     

基于切口应力强度理论的横向角接焊接接头的疲劳强度评估（英文）

在焊接接头处,由于几何的不连续造成了局部的应力集中,对其疲劳强度评估的研究是十分必要的。文章提出采用奇异强度(as)来计算接头处的几何应力,并基于N-SIF方法分析了不同几何尺寸下十字接头的疲劳强度。结果表明该修正公式可以十分简便地评估出焊接接头处的疲劳强度。     

基于奇异强度理论的疲劳特性评估方法

疲劳是海洋结构物破坏的重要因素,为简化舰船结构疲劳评估方法,基于线弹性断裂力学和切口应力强度理论,针对典型薄板结构研究拐角节点处的应力强度,分析结构形式,利用ANSYS有限元模拟和MathCAD函数拟合,分别给出计算应力强度因子的＂奇异权函数法＂和＂奇异等效裂纹法＂的研究方法,同时给出简便算法和经验公式。进而应用Paris裂纹扩展法则进行结构奇异强度疲劳特性评估,并结合S-N曲线分析拐角节点处的应力集中,得到与结构尺寸相关的＂奇异应力集中系数＂函数。最后,针对切口应力,提出有限元分析所需要的＂奇异应力等效取值点＂的参考位置。希望能将奇异强度理论纳入船舶结构疲劳强度校核规范中做参考。     

基于NSIF的应变能密度法评估焊接接头疲劳强度（英文）

本文介绍了一种基于切口应力强度因子的应变能密度法来评估焊接接头的疲劳强度。该方法将焊接接头简化成尖锐的V型切口。切口尖端应力的奇异性与切口的张开角度有关,切口尖端附近的应力分布可以用切口应力强度因子来描述。切口应力强度因子的计算需要精细的网格划分,在不同的切口张开角度下计算得到的切口应力强度因子之间是无法直接进行比较的。本文基于切口应力强度因子,研究了以R为临界半径的扇形面积内的应变能密度。经验证,应变能密度法不依赖于网格尺寸,包含了焊接接头局部焊接参数等影响,能够准确描述焊趾附近高应力区的应力分布,对于焊接接头疲劳强度的评估具有一定的工程应用价值。     

典型管节点的疲劳寿命评估

针对大型焊接结构在复杂的应力应变场中,结构应力集中的地方往往会萌生裂纹,裂纹扩展损伤积累到一定的程度就会很容易酿成灾难性事故的问题,提出了一种运用权函数法求解典型管节点的应力强度因子,采用单一裂纹扩展率曲线模型预估管节点的疲劳寿命。通过与经验公式的结果对比,发现权函数的方法在计算寿命的时候和经验公式的结果拟合度很好,而且寿命要比经验公式偏小,更有利于对寿命的保守估计。该方法简单方便,具有很强的操作性和可行性。     

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.     

CSR和CSR-H的焊接系数研究

归纳和定性分析CSR和CSR-H的焊接系数,确定焊接系数的影响因素。提出焊接系数利用因子的有限元分析方法,确定焊缝强度的应力标准。进行了13艘CSR船舶船体结构焊缝应力的提取和焊接系数利用因子的计算,获得CSR船体结构各类角焊缝利用因子的统计结果。通过短柱和板条梁的焊缝强度试验,验证焊缝强度标准及焊缝应力公式的正确性和适用性。     

纵骨与横向构件相贯切口的分析与试验

用三维有限元法分析了腹板焊接型切口结构的应力分布，并进行了静载压缩（三点弯曲）对比试验。结果表明，对于腹板焊接型切口，只在切口处加补板与只在切口下端加防挠材这两种纵骨通孔抗裂纹强度相当，为造船生产中合理、经济地选用纵骨通孔加强形式提供了理论参考依据。     

焊接残余应力对深潜器耐压球壳承载能力的影响

耐压球壳通常采用焊接方式将两个半球壳连接成整球,在焊缝处产生的接近材料屈服强度的焊接残余应力对球壳的承载能力有多大的影响,是否需要做焊后消除残余应力处理,将直接影响球壳的安全性和生产成本。而现有对球壳极限强度计算,无论是理论计算还是数值计算,均只考虑了球壳初始缺陷中的几何缺陷对球壳极限强度的影响。该文将在现有的耐压壳极限强度设计公式基础上,采用数值计算的方法对耐压球壳的焊接过程进行数值模拟,得到焊后球壳的焊接残余应力分布,并在此基础上考虑残余应力对球壳极限强度的影响,结果表明,对于大潜深厚球壳,焊接残余应力对耐压球壳承载能力影响不显著,为大深度潜器耐压球罐是否需做焊后消除残余应力处理提供了一定的参考依据。     

焊接残余应力对船舶结构疲劳裂纹扩展影响:综述

船舶结构的疲劳失效多在焊接接头处产生。疲劳裂纹扩展而导致的疲劳断裂是焊接接头疲劳失效的主要形式。焊接残余应力会对船舶焊接接头的疲劳裂纹扩展产生影响,而且在疲劳裂纹扩展的过程中残余应力会发生重分布现象,对裂纹扩展的影响更加复杂。文中对近年来国内外焊接残余应力对船舶结构疲劳裂纹扩展的影响进行归纳总结,将研究此问题的主要方法和研究成果进行分类,并指出了研究的不足之处以及发展趋势。     

焊接高强度低合金钢产生的层状撕裂

高强度低合会钢焊接时产生的层状撕裂,对重要的结构件是十分有害的。在角接接头,T型接头,开坡口的、不开坡口的,或是它们的组合焊缝的热影响区会产生很大的焊接应力。这种产生于板厚方向上的高拉伸应力的大小,取决于焊缝的尺寸、焊接方法和构件接头处的拘束应力。     

肘板趾端表面裂纹在随机波浪载荷作用下的疲劳扩展预报

肘板趾端是船舶与海洋结构的疲劳热点。文章用三维有限元分析了趾端表面裂纹应力强度因子修正系数的变化规律,并与BS7910推荐的典型节点表面裂纹应力强度因子公式计算结果作了对比,结果表明趾端表面裂纹应力强度因子沿深度方向的放大系数和T型节点相差很小,而表面端点应力强度因子修正系数则当裂纹长度在肘板厚度范围内时和T型节点相差很小,超出后则相差较大。以某客滚船上肘板趾端应力范围长期分布服从Weibull分布,产生系列均值为零的应力幅,应力强度因子分别采用有限元结果和BS7910中T型接头公式进行计算,采用单一曲线模型计算该趾端表面裂纹的裂纹扩展。计算等效应力强度因子幅时,考虑焊接残余应力的影响。计算结果表明以T型接头的公式计算趾端表面裂纹应力强度因子和有限元结果相差很小。建议将T型节点表面裂纹应力强度因子计算公式用于趾端表面裂纹应力强度因子的计算,并采用单一曲线模型对随机波浪载荷下作用下船舶典型节点疲劳裂纹的扩展寿命进行了预报。     

三维裂纹前缘应力强度因子数值计算方法

本文建立了采用20节点奇异元1/4节点位移法求解三维裂纹整个前缘3种类型应力强度因子的数值计算方法,给出了裂纹网格划分方法以及网格划分参数取值范围;基于平板表面裂纹研究了网格划分参数对应力强度因子计算结果的影响,并与Newman-Raju解析公式计算结果对比验证了数值方法的准确性,二者最大误差小于2%;采用数值计算方法计算了裂纹扩展标准三点弯曲样扩展过程中单边穿透裂纹前缘应力强度因子,并与解析公式计算结果进行对比分析,二者最大误差为4.7%,且随着裂纹扩展,误差越来越小。结果表明,提出的数值方法可用于含裂纹结构整个裂纹前缘不同类型应力强度因子求解中。     

残余应力释放影响FPSO疲劳强度的研究综述

浮式生产储油卸油船(FPSO)服役前常经历过较大的静载荷,会使焊接接头处较高的残余应力产生释放,船舶结构还承受着不断变化的波浪载荷。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。介绍了国外学者对该方面的研究动态、发展趋势和研究成果。详细描述了基于残余应力释放的FPSO疲劳强度需重点关注的一些问题。     

船用铝合金MIG焊接残余应力数值研究

为了提高焊接接头性能,优化焊接工艺参数,本文在热弹塑性力学理论基础上,建立5052铝合金平板对接的焊接残余应力三维数值计算模型,开展MIG焊接对残余应力分布影响特征分析。结果显示,焊接接头处较大的纵向铝合金焊接残余应力,是由于冷却过程中焊缝纵向收缩导致的。纵向残余应力在靠近焊缝中心线位置以拉应力为主,在焊缝中心熔合线及热影响区域的两侧对称分布,随着距离焊缝线逐渐增大,以纵向残余压应力为主。在焊缝中心线处等效Mises应力达到最大值,且向两侧逐渐递减,热影响区以外区域残余应力数值极小,可以忽略。最后为了验证模拟结果的准确性,使用超声无损检测对焊接接头残余应力的大小及方向进行验证,结果与数值模拟结果基本一致且相同区域内焊接残余应力分布情况相同。     

基于奇异元计算分析裂纹尖端应力强度因子

采用两种奇异单元模拟裂纹尖端应力应变场的奇异性,建立了相应的计算裂纹尖端应力强度因子的ANSYS有限元模型。通过数值计算,分别考察了这两种有限元模型中裂纹尖端附近区域网格参数的变化对应力强度因子计算精度的影响,比较了应力强度因子对各个参数的敏感程度。发现采用20节点奇异元的有限元模型计算的应力强度因子几乎与网格参数无关,其计算结果更稳定可靠。该模型能够用于船舶及海洋工程结构中含裂纹构件的应力强度因子计算。     

预拉伸法降低异种钢焊接残余应力的作用研究

采用热弹塑性有限元法计算了Q235钢与304不锈钢平板对接焊在不同预拉伸应力作用下的焊接残余应力场,计算结果表明,焊接残余应力呈现非对称式分布,纵向残余应力的峰值均出现在304不锈钢一侧且高于其屈服强度。预置纵向拉伸应力能显著降低纵向焊接残余应力,而且当预置拉伸应力越大时（低于屈服强度）,降低焊接残余应力的效果越明显。采用红外热像仪测量了焊接过程中焊接材料表面的温度变化情况,有限元计算的结果与其符合较好。     

不同焊接顺序下加筋板变形及残余应力的三维有限元研究

针对焊接过程的二维有限元计算与实际情况存在一定差别的问题,使用三维热弹-塑性有限元法对不同焊接顺序下加筋板焊接过程进行了仿真,获得了加筋板焊接引起的温度场、位移场和应力场。结果表明：在4点约束条件下,加筋板横截面的变形为中垂变形,纵筋的变形为中拱变形,方案1横截面变形更小,方案2纵筋变形更小。焊接引起的加筋板残余应力主要表现为横向应力,其在近焊缝区为拉应力,达到材料屈服强度,远离焊缝区表现为压应力,达到0.2倍材料屈服强度。加强筋横向应力峰值出现在起弧端和收弧端,约为0.85倍材料屈服强度,纵向应力峰值出现在焊接起弧端,约为0.3倍材料屈服强度。在加筋板横截面位置,焊接顺序主要影响加强筋处的残余应力;在加强筋位置,焊接顺序主要影响纵向应力。每组焊缝同时同向焊接,且每根纵筋从左向右依次焊接的焊接方案产生更小的残余应力。