残余应力对船舶典型焊接接头疲劳强度影响试验和数值预报研究

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1、学校代码：10289分类号：U661.4密级：公开学号：129010005江苏科技大学专业硕士学位论文（全日制专业学位）残余应力对船舶典型焊接接头疲劳强度影响试验和数值预报研究研究生姓名张亦文导师姓名李良碧（副教授）申请学位类别全日制专业硕士学位学位授予单位江苏科技大学学科专业船舶与海洋工程论文提交日期2014年12月30日研究方向船舶与海洋结构物结构性能论文答辩日期2015年3月21日答辩委员会主席万正权评阅人万正权、张健、张婧稽春艳、刘建华2015年3月23日分类号：U661.4密级：公开学号：129010005硕士学位论文残余应力对船舶典型焊接接头疲劳强度

2、影响试验和数值预报研究学生姓名张亦文指导教师李良碧副教授江苏科技大学二O一五年三月AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringExperimentalandNumericalStudyontheeffectofResidualStressonFatigueStrengthoftheShipTypicalWeldedJointsSubmittedbyZhangYiwenSupervisedbyProfessorLILiangbiJiangsuUnive

3、rsityofScienceandTechnologyMarch,2015江苏科技大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：年月日江苏科技大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅

4、和借阅。本人授权江苏科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于：(1)保密□，在年解密后适用本授权书。(2)不保密□。学位论文作者签名：指导教师签名：年月日年月日摘要摘要大型船舶水上和水下结构越来越受到工程界的关注，这些大型船舶结构所处的工作环境往往十分复杂，它们受到多种载荷的周期性作用，结构容易发生疲劳破坏。为了提高强度，大型船舶水上水下结构通常采用高强度钢建造。在保证结构承载力的情况下结构的疲劳强度有所降低，这就有必要对结构的疲劳寿命进行校核。由于这些大型结构都是焊接

5、结构，不可避免地会在结构内部产生焊接残余应力，因此在进行疲劳寿命校核时必须考虑到焊接残余应力的影响。因此，研究船舶典型焊接接头焊接残余应力对疲劳强度的影响是一项十分重要的工作。本文分别选取FPSO典型焊接接头和锥柱耐压结构典型焊接接头为研究对象，首先对典型焊接接头进行了初始残余应力和残余应力随外载荷释放的有限元模拟与试验研究；然后进行了受载后残余应力变化对疲劳寿命影响的计算分析和疲劳寿命试验。本文主要研究工作与重要结论如下：（1）以高强度钢FPSO典型焊接接头和锥柱耐压结构典型焊接接头试件模型为研究对象，基于大型商用有限元软件ANSYS的参数化有限元分析语言AP

6、DL二次开发及生死单元技术编写相应的焊接模拟程序，进行典型焊接接头初始残余应力模拟和残余应力释放模拟研究。（2）对FPSO典型焊接接头试件初始焊接残余应力进行数值模拟，结果表明：FPSO典型焊接接头初始焊接残余应力最大值位于焊趾处，表现为拉应力。随着远离焊趾，残余应力逐渐减小，部分转变为压应力。然后采用X射线无损检测方法对初始残余应力进行测量，其应力分布与有限元计算结果相一致。（3）对锥柱耐压结构典型焊接接头试件进行初始焊接残余应力数值模拟，结果表明：凹锥表面表现为拉伸残余应力，应力幅值位于在焊缝熔合线处，焊缝区残余应力呈双峰分布，凸锥表面表现为残余压应力，压应

7、力幅值位于焊缝中心线附近，焊缝区残余应力呈单峰分布。随着远离焊缝区，残余应力迅速减少并趋于零。然后采用X射线无损检测方法对初始残余应力进行测量，其应力分布与有限元计算结果相一致。（4）在得到初始残余应力的基础上，对FPSO典型焊接接头和锥柱耐压结构典型焊接接头试件进行了焊接残余应力释放数值模拟，研究了外载荷对残余应力的影响，结果显示：当试件经过一定的外载荷释放后，残余应力显著减小，其分布趋势基本不变，随着外载荷的增大，残余应力释放更多，但载荷的作用次序以及作用次数对残余应力的释放没有影响，残余应力的释放只与载荷的最大幅值有I江苏科技大学工学硕士学位论文关。然后对

8、释放后的残余应力进行试验