核電大型厚壁結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力高效數(shù)值計(jì)算.pdf

1、本文在綜述國內(nèi)外大型焊接結(jié)構(gòu)焊后殘余應(yīng)力測試及數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)上，采用試驗(yàn)和數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的方法對吊籃筒體和堆芯板等核電大型厚壁結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行了分析，并研究了該類大型結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力的高效數(shù)值計(jì)算方法。首先在二維軸對稱模型基礎(chǔ)上進(jìn)行焊道數(shù)目簡化以及載荷步數(shù)優(yōu)化，為三維模型高效計(jì)算提供基礎(chǔ)；然后建立厚壁結(jié)構(gòu)的三維模型，實(shí)現(xiàn)了大型核電結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力的高效計(jì)算并分析了其焊接殘余應(yīng)力狀態(tài)；研究移動熱源、帶狀熱源、帶狀熱源長度和網(wǎng)格

2、環(huán)向長度等因素對模型計(jì)算精度的影響；研究了重力、打磨焊道和修補(bǔ)焊長度對焊接殘余應(yīng)力的影響以及引弧熄弧處的應(yīng)力狀態(tài)。采用X射線衍射法對環(huán)焊縫軸向和環(huán)向殘余應(yīng)力進(jìn)行測試，并對比分析模擬計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測試結(jié)果。
　　焊道簡化和載荷步優(yōu)化結(jié)果表明：簡化二維軸對稱28道模型計(jì)算結(jié)果和實(shí)際測量結(jié)果在分布趨勢和數(shù)值上均較一致；簡化的13道模型其計(jì)算結(jié)果與未簡化的28道模型計(jì)算結(jié)果基本一致。采用簡化為16步載荷加載方案計(jì)算時(shí)間最短，縮短為0.28

3、小時(shí)，計(jì)算效率較原210步加載方案提高了約14倍；計(jì)算結(jié)果數(shù)值和趨勢均和未優(yōu)化計(jì)算一致。
　　針對熱源模型的研究表明：移動熱源模型和帶狀熱源模型在計(jì)算精度方面差別不大，溫度場和應(yīng)力場計(jì)算結(jié)果均有著較好的一致性，而帶狀熱源計(jì)算時(shí)間減少了3/4。網(wǎng)格環(huán)向長度為30mm的模型其計(jì)算結(jié)果與15mm長模型計(jì)算結(jié)果一致，計(jì)算時(shí)間縮短為15mm長環(huán)向網(wǎng)格模型的37％，兼顧了計(jì)算精度和計(jì)算效率；不同帶狀熱源分段數(shù)的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果較為一致，但變形計(jì)算

4、結(jié)果相差很大，隨著熱源分段數(shù)增多，變形計(jì)算結(jié)果誤差降低。
　　以高效熱源模型和優(yōu)化載荷步加載計(jì)算獲得的三維焊接殘余應(yīng)力場其應(yīng)力分布狀態(tài)和數(shù)值與實(shí)際測試結(jié)果一致；引弧熄弧處都存在著不同程度的應(yīng)力起伏；重力對應(yīng)力計(jì)算結(jié)果影響很小。打磨余高對焊后殘余應(yīng)力的分布影響較小，逐層打磨時(shí)，沿焊縫厚度方向的各方向應(yīng)力分布曲線呈現(xiàn)沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動的趨勢，應(yīng)力的分布趨勢不發(fā)生改變，但峰值隨著焊道數(shù)減少而不斷增大。隨著修補(bǔ)長度的增加，徑向殘余應(yīng)力分布曲