考虑相变的焊接接头残余应力有限元计算分析

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文考虑相变的焊接接头残余应力有限元计算分析摘要疲劳失效是焊接结构破坏的主要形式之一，残余拉伸应力降低焊接结构的疲劳性能，而残余压缩应力有利于提高疲劳性能。利用焊缝金属组织转变的方法可以在焊接过程中直接降低焊接残余拉伸应力，甚至产生残余压缩应力，有效地提高焊接结构的使用寿命。本文运用ANSYS软件计算分析了考虑相变的焊接接头残余应力。探讨了相变作用机理和对残余应力的影响因素、影响规律及应力分布规律，并与实验数据进行了对比。以刚性拘束直杆为研究对象对相变残余应力机理分析得出：相变应力可以降低热收缩引起的残

2、余拉伸应力，在一定条件下可使残余拉伸应力转变为残余压缩应力。相变开始温度大于600℃左右，残余应力均为拉伸应力，其数值达到材料的屈服强度；相变开始温度在600℃～350℃左右之间，残余应力也为拉伸应力，但随着相变开始温度的降低，拉伸应力数值在下降：相变开始温度在350℃～90℃之间，残余应力为压缩应力；相变开始温度在90℃左右～室温之间时，残余应力又回复为拉伸应力，但随着相变开始温度的降低，拉伸应力数值在上升。相变温度为170℃左右时，残余压缩应力值最大。计算结果与试验数据得到较好的吻合。采用普通E5015焊条和相变焊条对平板堆

3、焊的残余应力分布进行有限元计算，组织转变有效地降低了焊缝处的残余拉伸应力，并且产生了残余压缩应力。E5015焊接接头沿着焊缝方向的横向残余应力为200～300MPa左右的拉伸应力，纵向残余应力为200～300MPa左右的拉伸应力。相变焊条焊接接头沿着焊缝方向的横向残余应力为一200~一300MPa左右的压缩应力，纵向残余应力为．200~-300MPa左右的压缩应力。E5015太原理工大学硕士研究生学位论文焊接接头沿着垂直焊缝方向，在焊缝上及焊趾处的横向残余应力、纵向残余应力均为拉伸应力，随着与焊缝中心距离的增加拉伸应力数值逐渐下

4、降。而相变焊条焊接接头沿着垂直焊缝方向，在焊缝上及焊趾处的横向残余应力、纵向残余应力均为压缩应力，随着与焊缝中心距离的增加压缩应力数值逐渐趋于零。计算结果与实验数据基本吻合。采用普通E5015焊条和相变焊条对十字接头的残余应力分布进行有限元计算。E5015焊条十字接头角焊缝沿着焊接方向焊缝处的横向残余应力与纵向残余应力均为拉伸应力，相变焊条十字接头角焊缝沿着焊接方向焊缝处的横向残余应力与纵向残余应力均转变为压缩应力。由上所述，组织转变有效地降低了焊接接头的残余拉伸应力，并且在一定的条件下产生焊接残余压缩应力，从而证实利用焊缝金属

5、组织转变的方法可以在焊接过程中直接产生压缩残余应力，有效地提高焊接结构的疲劳强度，延长结构的使用寿命。关键词：焊接接头，组织转变，残余应力，有限元分析，相变焊接材料II奎垦堡三奎堂堡主婴塞笙堂垡堡壅STUDYONFINITEELEMENTANALYSISFORCONSIDERINGTRANSFORMATl0NRESIDUALSTRESSOFWELDEDJOINTABSTRACTItisoneofthemainformsthatNtiguefailuredestroysweldingstructure．Tensilestressr

6、educesthefatigueperformanceofweldingstructureandcompressivestresshelpstoimprovefatigueperformance．Utiliz)ngthetransformationofbeadmetalcanreducetensilestressdirectlyinthecourseofwelding，evenproducescompressivestress，toimprovetheservice。lifeofweldingstructureeffective

7、ly．ThisstudyusesANSYSsoftwaretoanalyzeresidualstressconsideringtransformationinweldingjoint．Havingdiscussedthemechanismoftransformationandthedistributionofresidualstress，researchedinfluencefactorsandinfluencelawsofresidualstress．And，comparedcomputeresultswithexperime

8、ntaldate．Thoughresearchingtransformationmechanismofresidualstressofrigidconstrainedstraightpole，followingconclusioncanbeobtained：tr