低匹配焊接接頭彎曲等承載設(shè)計(jì)及隨焊整形.pdf

1、低匹配接頭承載能力較母材或等匹配接頭有所降低，限制了其廣泛應(yīng)用。基于強(qiáng)度參量以及斷裂強(qiáng)度因子參量對(duì)低匹配拉伸等承載接頭設(shè)計(jì)已有相關(guān)的研究，但是對(duì)于低匹配接頭彎曲等承載設(shè)計(jì)方面的研究還未見報(bào)道。因此，為提高低匹配接頭的彎曲承載能力，使其彎曲承載能力能夠達(dá)到母材，本文在假定無(wú)焊接缺陷、忽略冶金作用和殘余應(yīng)力的前提下，通過(guò)理論研究、有限元分析與試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的方法，分別針對(duì)彈性狀態(tài)與塑性狀態(tài)，提出了彎曲等承載的判據(jù)及實(shí)現(xiàn)條件，并提出了彎曲等承

2、載接頭設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，按照該設(shè)計(jì)準(zhǔn)則可以設(shè)計(jì)出彎曲承載能力與母材相當(dāng)?shù)牡推ヅ浜附咏宇^。
　　基于材料力學(xué)理論，研究了彈性狀態(tài)焊縫金屬與母材存在不同力學(xué)性能情況下滿足彎曲等承載能力的臨界條件，推導(dǎo)出彈性狀態(tài)低匹配對(duì)接接頭滿足彎曲等承載條件的幾何形狀臨界曲線，在給定的相同彎曲載荷的條件下，以低匹配接頭不先于母材發(fā)生屈服為約束條件，并通過(guò)接頭余高高度、熔寬寬度以及焊趾半徑等幾何形狀細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，給出了彈性狀態(tài)非均質(zhì)變截面低匹配焊接接頭彎曲等承載設(shè)

3、計(jì)準(zhǔn)則?；谒苄詮澢碚?，研究了塑性狀態(tài)焊縫金屬與母材存在不同力學(xué)性能情況下滿足彎曲等承載能力的臨界條件，推導(dǎo)出塑性狀態(tài)低匹配對(duì)接接頭滿足彎曲等承載條件的幾何形狀臨界曲線，在給定的相同彎曲載荷的條件下，以塑性狀態(tài)低匹配接頭不先于母材達(dá)到抗拉強(qiáng)度為約束條件，并通過(guò)接頭幾何形狀細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，給出了塑性狀態(tài)非均質(zhì)變截面低匹配焊接接頭彎曲等承載設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。通過(guò)有限元法分別驗(yàn)證了彈性階段與塑性階段低匹配接頭彎曲等承載設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的正確性。
　　理論研

4、究表明，塑性狀態(tài)不能使用抗拉強(qiáng)度匹配比用于彎曲等承載設(shè)計(jì),因此提出了表征塑性狀態(tài)彎曲等承載設(shè)計(jì)的指標(biāo)參量（當(dāng)量應(yīng)力）。當(dāng)量應(yīng)力是一個(gè)反映材料性能的指標(biāo)，只與材料其他性能參數(shù)有關(guān)，表征了材料最大應(yīng)力達(dá)到材料抗拉強(qiáng)度時(shí)極限塑性載荷與當(dāng)量應(yīng)力之間的關(guān)系。定義當(dāng)量應(yīng)力匹配比為焊縫當(dāng)量應(yīng)力與母材當(dāng)量應(yīng)力的比值，當(dāng)量應(yīng)力匹配比可用于塑性狀態(tài)焊接接頭彎曲等承載設(shè)計(jì)。
　　理論推導(dǎo)彎曲等承載接頭的臨界曲線為拋物線形狀，考慮工程應(yīng)用的因素，進(jìn)行了圓

5、弧替代拋物線形狀的可行性分析?；趶澢瘸休d設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，分別給出了彈性階段與塑性階段適合工程應(yīng)用的三圓相切低匹配對(duì)接接頭彎曲等承載設(shè)計(jì)方法。分別通過(guò)有限元法和試驗(yàn)方法驗(yàn)證了三圓相切低匹配對(duì)接接頭彎曲等承載設(shè)計(jì)方法的正確性，驗(yàn)證結(jié)果均表明設(shè)計(jì)的低匹配彎曲等承載對(duì)接接頭彎曲承載能力能夠達(dá)到母材且遠(yuǎn)高于余高削平的低匹配對(duì)接接頭，滿足彎曲等承載設(shè)計(jì)要求。
　　針對(duì)現(xiàn)有獲得等承載接頭方法的不足，本文設(shè)計(jì)了三圓相切隨焊整形輪，并實(shí)現(xiàn)了等承載接頭

6、的隨焊整形，獲得了所需要的接頭幾何形狀。針對(duì)固定形狀的整形輪只能對(duì)單一形狀尺寸等承載接頭進(jìn)行隨焊整形的局限性，設(shè)計(jì)了寬度可調(diào)節(jié)的平余高形狀隨焊整形輪，拓寬了隨焊整形的使用范圍。對(duì)等承載接頭隨焊整形效果進(jìn)行了相關(guān)的力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明：隨焊整形等承載接頭基本達(dá)到母材的彎曲承載能力，滿足彎曲等承載要求；焊縫區(qū)硬度較原始焊態(tài)接頭有較大的提高，對(duì)作用區(qū)域有加工硬化的效果；隨焊整形能夠降低殘余應(yīng)力，甚至引入有益的壓應(yīng)力。
　　彎曲等承載設(shè)