基于約束效應(yīng)的焊接接頭強度失配的研究及應(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度失配這一因素，對焊接接頭裂紋尖端應(yīng)力場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，研究強度失配對焊接接頭斷裂的影響，具有重要的實際意義。本文基于幾何約束，對強度失配的影響進行了深入的分析，基于均勻材料中描述幾何約束的J—A2三項解，得到了預(yù)測焊接接頭裂紋

2、尖端應(yīng)力場的J—A2-A2m公式，并通過有限元方法驗證J—A2-A2m，公式預(yù)測的裂紋尖端應(yīng)力場，同時將其應(yīng)用于焊接接頭的J—R阻力曲線的修正來對J—A2-A2m公式進行試驗驗證。 ⑴對J—A2三項解的適用性和適用范圍進行分析，并將J—A2三項解預(yù)測的裂紋尖端應(yīng)力場和有限元解進行對比。 ⑵結(jié)合J—A2三項解，建立了超，欠匹配無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，對多種荷載下裂紋尖端附近區(qū)域張開應(yīng)力進行

3、了計算分析，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，對于超匹配情況得出了一個新的刻畫強度失配對裂紋尖端應(yīng)力場影響大小的參量A2m。對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)測焊接接頭裂紋尖端應(yīng)力場的J—A2-A2m公式。 ⑶為了驗證J—A2-A2m公式預(yù)測的裂紋尖端應(yīng)力場，建立了一個三點彎試樣的

4、有限元模型，并將三點彎試樣的有限元解和公式J—A2-A2m預(yù)測結(jié)果進行對比，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，因此標準焊接試樣的J—R阻力曲線并不能代替實際焊接構(gòu)件的J—R阻力曲線。為了獲得較接近構(gòu)件實際的J—R阻力曲線，同時用試驗結(jié)果驗證J—A2-A2m公式，本文最后利用J—A2-A2m公式對J—R阻力曲線進行修正來考慮約束效應(yīng)的影響。并將預(yù)測結(jié)果與該材料試驗結(jié)果進行對比，驗證修正曲線結(jié)果的有效性。