殘余應(yīng)力場(chǎng)對(duì)超高強(qiáng)鋼焊接接頭疲勞裂紋擴(kuò)展行為的影響.pdf

1、為滿足船舶與海洋結(jié)構(gòu)的大型化、輕量化要求，更高強(qiáng)度的合金鋼材料得以廣泛應(yīng)用。船體通常為大型焊接結(jié)構(gòu)，然而高強(qiáng)度伴隨而來(lái)的是對(duì)材料焊接性的挑戰(zhàn)。研究表明，多數(shù)結(jié)構(gòu)的疲勞斷裂都發(fā)生焊接接頭，而對(duì)其疲勞裂紋擴(kuò)展行為卻缺乏細(xì)致研究。焊接冷裂紋等缺欠會(huì)降低結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。殘余應(yīng)力對(duì)焊接接頭疲勞裂紋的擴(kuò)展具有重要的影響。
　　本文首先研究不含殘余應(yīng)力的焊接接頭的疲勞裂紋擴(kuò)展速率，通過(guò)有限元模擬技術(shù)，對(duì)平板對(duì)接堆焊接頭試樣的殘余應(yīng)力場(chǎng)以及焊后疲

2、勞裂紋擴(kuò)展過(guò)程進(jìn)行了模擬分析。研究了殘余應(yīng)力對(duì)外加循環(huán)載荷最大值及應(yīng)力比的影響以及最終對(duì)裂紋擴(kuò)展速率的影響。并得出了統(tǒng)一的疲勞裂紋擴(kuò)展速率的歸一化公式。主要研究?jī)?nèi)容如下所述：
　　研究了焊態(tài)和退火態(tài)的接頭組織及性能變化，結(jié)果表明去應(yīng)力退火對(duì)焊接接頭組織及硬度影響較小，退火后殘余應(yīng)力明顯減小，接近無(wú)殘余應(yīng)力狀態(tài)。對(duì)母材及退火態(tài)的焊接接頭在進(jìn)行裂紋擴(kuò)展速率試驗(yàn)，得到無(wú)殘余應(yīng)力影響時(shí)疲勞裂紋的擴(kuò)展規(guī)律。結(jié)果表明，在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系下，疲勞裂

3、紋擴(kuò)展速率曲線都保持良好的線性關(guān)系；在焊縫中，隨著應(yīng)力比的增大，da/dN-△K曲線向左發(fā)生偏移，擴(kuò)展速率增大。在母材中由于“裂紋閉合”作用，曲線表現(xiàn)出與之不同的規(guī)律。提出滿足不同條件的疲勞裂紋擴(kuò)展速率曲線表達(dá)式da/dN=C[f(R)△K]m，其中f(R)是關(guān)于應(yīng)力比的函數(shù)。
　　運(yùn)用有限元數(shù)值模擬焊后殘余應(yīng)力場(chǎng)以及疲勞裂紋擴(kuò)展過(guò)程，得到殘余應(yīng)力的重分布規(guī)律:隨著裂紋的擴(kuò)展，殘余應(yīng)力不斷發(fā)生重分布，應(yīng)力峰值逐漸降低。計(jì)算得到不同