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。     

基于GTN损伤模型的Q690钢及其对接接头断裂性能评估

[目的]Q690高强度钢作为半潜式起重拆解平台的特殊部位用钢,评估其焊接接头的断裂强度,是研究平台结构断裂力学行为及运营寿命的基础.[方法]首先,对Q690高强度钢及其对接接头进行轴向拉伸试验,获得对应的应力?应变曲线;然后,基于GTN模型,构建Q690高强度钢及其焊接接头的拉伸断裂曲线方程,其中GTN损伤模型的计算参...     

船舶和海洋结构物建造中的计算焊接力学进展

针对薄板结构的失稳现象,基于固有变形理论和弹性有限元分析,预测其焊接失稳变形分布、失稳变形模态及对应临界失稳条件;针对海洋平台中厚板的多层多道焊问题,热弹塑性有限元分析需要消耗大量的计算机资源以及计算时间,且计算精度不易确保,这就需要应用更先进的数值分析方法进行研究,若得到焊接残余应力的精确分析结果,则可用于焊接接头和结构的强度、断裂等性能的评估。总结当前轻量化造船中薄板结构的焊接失稳变形,以及海洋平台用大厚板结构多层多道焊的残余应力等计算焊接力学的进展,并归纳了影响焊接接头力学性能的因素。     

焊接接头应力集中系数的有限元计算

前言众所周知,焊接接头的型式及尺寸要素对于焊接结构的强度有十分重要的影响,特别是焊接接头的应力集中情况往往是引起脆断或者疲劳破坏的主要因素。因此,对于重要的受力结构,对其焊接接头类型的选择以及尺寸要素的确定十分严格,要求焊接接头的应力集中系数尽可能降低,以使接头应力分布比较均匀。关于焊接接头应力分布形态,国内在这方面的研究甚少。所引用的资料往往还是国外在五十年代用光弹所得的个别数据,显然这是     

船用高强度钢焊接接头的应力腐蚀敏感性研究

本文采用慢应变速率拉伸试验法研究了两种船用钢12Ni3CrMoV和11Ni5CrMoV的焊接接头在人造海水中的应力腐蚀开裂行为，测定了接头各部位断裂时的应力场强度因子；并结合焊接接头的化学成分，显微组织、断口形貌，以及电化学特性对实验结果进行了讨论。     

残余应力对水下耐压结构典型焊接接头疲劳强度的影响

水下耐压结构典型焊接接头模型常采用高强度钢建造,对焊接残余应力较为敏感,因此有必要针对残余应力对其疲劳强度的影响进行相关研究。采用ANSYS的APDL语言编程,通过数值模拟分析得到典型焊接接头的焊接残余应力;并基于局部应力—应变法,对水下耐压结构典型焊接接头考虑与不考虑残余应力这2种情况下结构的疲劳寿命进行数值分析。研究发现:典型焊接接头在凹锥面焊缝附近其残余应力最大,寿命最短;其寿命周期为104,属低周疲劳范围;随着外载荷的增加,疲劳寿命最小值也随之减小;残余应力的存在会明显降低典型焊接接头的疲劳寿命。     

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.     

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.     

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。     

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。     

焊接结构多轴疲劳寿命预测结构应力法

海洋工程焊接结构形式复杂且遭受随机波浪载荷作用,焊接接头多数处于多轴疲劳状态,而目前工程上主要采用基于单轴疲劳理论和试验的方法预测结构的疲劳寿命。为了提高焊接结构疲劳寿命预测的准确性,文章提出了一种评估焊接接头疲劳强度的新型结构应力法,并与临界面理论相结合,能够用于实际焊接结构的多轴疲劳寿命预测。通过对国际上已公开发表的疲劳试验数据进行有限元分析,证明了文中提出的结构应力法比传统的热点应力法具有更高的精度,以及该方法应用于焊接结构多轴疲劳寿命预测的可行性。最后,应用该方法对一个T型管节点进行了多轴疲劳寿命计算。     

变幅载荷作用下焊接接头疲劳寿命预测方法

船舶与海洋结构物在其服役过程中受到波浪等载荷的交变作用而引起结构的疲劳损伤.检测结果表明船舶及海洋结构的疲劳热点部位大多数是在构件相互连接的焊缝焊趾处.因此,研究典型接头表面裂纹应力强度因子统一计算方法以及变幅载荷作用下表面裂纹扩展规律对船舶与海洋结构物的寿命预测是十分重要的.本文讨论了裂纹闭合及开口比的计算,在Newman有效应力强度因子计算方法的基础上,提出了考虑因素更全面的有效应力强度因子幅计算式以及变幅载荷作用下船舶与海洋结构物典型焊接接头疲劳裂纹扩展寿命预测模型.     

船体舷顶角焊接接头的试验与研究

本文讨论了舷顶角接头的工艺性问题。我们对不同材质、板厚、焊透程度的舷项角接头进行了系列试验．并通过平面应变的有限元应力的弹塑性分析，证明舷顶角接头用含有少量未焊透的焊接接头来代替全焊透接头是完全可行的．这样可以简化制造工艺．降低了建造成本．有显著的经济效益和社会效益。     

退火对A32钢焊接接头耐蚀性能的影响

A32钢焊接接头广泛应用于船舶工业,其耐蚀性能的优劣对于焊接接头的力学性能和使用寿命至关重要.采用扫描电镜,超景深数码显微镜和电化学分析仪等表征手段,研究了船用A32钢焊接接头在进行去应力退火前后各部位在模拟海水溶液中的腐蚀行为,并对相关影响因素进行了讨论.结果表明:800℃去应力退火后,A32钢焊接接头部位耐蚀性能显著提高,这主要是由于在焊缝区和熔合区形成了趋向一致的树枝晶,母材组织铁素体增多,珠光体减少;另外,退火后的锈层成分为Fe_2O_3和α-FeOOH,较退火前的焊接接头锈层致密、覆盖完整,防腐蚀性能更好.     

焊接预测理论和数值模拟技术的发展

介绍了焊接预测理论和数值模拟技术的最新发展和动向,包括焊接熔池中的流体动力学和传热分析。焊接电弧的传热传质过程,焊接冶金和焊接接头组织性能的预测。焊接变形与应力的预测,焊接接头的力学行为以及特种焊接过程的数值模拟等。     

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。     

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。     

船舶十字焊接接头在不同位错精度下应力集中系数的有限元计算

研究了船舶十字焊接接头在不同位错精度上的力学性能。建立了船体十字焊接接头有限元应力分析的力学模型，利用增量法，对由２１．５ｍｍ，２５ｍｍＢ级船用钢组成的船体十字焊接接头进行了平面应变的有限元应力弹塑性分析；研究了不同位锚精度下十字焊接接头的应用力集中系数，并分析了不同焊角尺寸对十定焊接接头应力集中程度的影响，这将对制订更为合理的船舶结构十字接头位错精度标准提供了可靠的依据。     

焊接残余应力对船舶减振支架振动疲劳寿命影响分析

船舶减振支架是一种具有优良减振性能的隔振装置,使用弹性体将柴油机和齿轮箱等会发生振动行为的设备固定在减振支架上,能够有效防止设备在使用过程中因振动而对船体造成损伤。由于振动疲劳的影响,极易导致船舶减振支架结构在工作过程中突然发生疲劳断裂事故。本文首先对船舶减振支架进行有限元模态和频率响应分析,得到结构应力较大部位。然后,基于功率谱密度(PSD)法和Miner线性累积损伤理论对支架结构未考虑残余应力的振动疲劳寿命进行分析,得到结构易发生振动疲劳破坏的关键部位。最后,根据试验测得的焊接残余应力对S-N曲线进行修正,得到考虑不同焊接残余应力影响的减振支架振动疲劳寿命。研究结果表明:焊接残余应力对支架结构振动疲劳寿命的影响较大,应尽量降低或消除支架结构关键部位的有害焊接残余应力。     

船用铝合金5059的典型焊接节点疲劳试验和寿命预报方法研究（英文）

与传统的5083或6082系列铝合金相比,5059铝合金材料具有更好的力学性能和耐腐蚀性。但目前的焊接规范或船级社规范缺少相应的疲劳等级曲线,不利于船用铝合金5059结构的疲劳评估。同时,薄板铝合金的焊接结构存在较大的初始焊接缺陷,导致焊接拐角处的应力集中效应更加明显。较大的焊接变形给拐角附近应力集中效应和疲劳强度的精确评估带来了较大挑战。本文设计了四种典型的船用焊接接头开展疲劳试验,并将获得的疲劳数据用于拟合得到相应的疲劳等级曲线。在此基础上,进一步验证了名义应力、热点应力、有效缺口应力和缺口应力强度因子法评估对接、十字、T型焊接接头疲劳寿命的准确性和可靠性。此外,一些量化的结论可以用于指导船用铝合金5059焊接结构的应力场和疲劳评估。