大型水轮机转轮焊接残余应力热弹塑性有限元分析

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1、西南交通大学硕士学位论文大型水轮机转轮焊接残余应力热弹塑性有限元分析姓名：罗双双申请学位级别：硕士专业：工程力学指导教师：戴振羽20060401西南交通大学硕士研究生学位论文第ll页AbstractRu肌erisalaEgestructu阳，t11econnectionbetweenlaminaandcrowniswelded，meconnectionbetweenlanlinaatldbandiswelded，meweldingresidualslressappearedinprogressof、veldin

2、gisoneoftheimponalltfktorswhichafrecttherunnerf乱igue1ifc．ThispapercalcuIatetheweldingresidualstressoflargerunnerbyt11ree—dimensiontheⅡnalel臧icplasticfiniteelemem，selectingtheco皿ectionwitchinvolvcl锄inaandcrownandbarIdastheanalysismodel，sofullycOnsideringthein

3、nueneebe“Veenlaminaandcro、vrlandband．Intheprogressofthe皿a1analysis，uselumpedmaSselementmaIrixtoreducetheoscillationofthermalresult；setuptlleappmpriateloadsteptoavoidlhephenomenaoftemperaturesu唱eatorigjnalIyloadstep；chooseappropriatemate—a1Pa阳mclert0ensurethe

4、conVergence，withtheordercOup¨ngmermalstressfiniteelemem，calculatetheweldingresidualstressandresidualdeformation．ComparedtheweIdingresidualstresswithtcstingda乜，也ebotllaccordeachomer'andhightemperaturetemperreducethepeakvalueofWcldingresiduals他sse艉ctiveIy111ec

5、alculatingofweldingresidualstressestablishthebaSeoffatiguelifeanalysis，o髓rsthegistforconside啦thea腩ctofwcldingresidllalstressinthedesignofmnnerKeywords：residualstress；welding；r吼ner二finitceIement西南交通大学硕士研究生学位论文第l页1．1问题的提出第l章绪论近年来，随着我国水力资源的开发和利用，大型水电机组不断涌现，大直径的

6、水轮机转轮被广泛应用。但在国内已建成的大型电站中，比如岩滩电站，李家峡电站，二滩电站，五强溪电站，小浪底电站，这些直径超过6米的大直径转轮，在投运后都不同程度的出现了疲劳裂纹，转轮是水轮机的关键部分，裂纹的出现极大她影响了发电机组设备运行的安全性和可靠性。现有的事故分析报告和文献资料大部分指出川，这些裂纹是由于转轮所受的工作应力、交变应力和转轮焊接过程产生的残余应力共同作用的结果，残余应力是引发转轮裂纹的重要原因之一，由于残余应力是焊接工艺过程中产生的，无法彻底消除，而转轮残余应力的实测由于技术繁杂，且带有一定

7、的破坏性，不可能在转轮上大范围施行，因此十分需要从数值分析的角度弄清转轮中焊接残余应力的分布规律和应力值大小，从而为转轮的抗疲劳裂纹设计奠定坚实的基础。1．2焊接数值模拟技术的发展焊接是一个牵涉到电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力与变形等。由于焊接过程的复杂性及影响因素很岁21，要想准确获得焊接应力和变形的分布规律并加以调节和控制是非常困难的事，而有限元技术的发展和计算机性能的提高为解决焊接应力和变形提供了可行途径。20世纪70年代

8、，日本大阪大学的上田幸雄等人首先以有限元方法为基础，西南交通大学硕士研究生学位论文第2页提出了考虑材料力学性能与温度有关的焊接热弹塑性分析理论，导出了分析焊接应力应变过程的表达式，从而使复杂的焊接应力过程的分析成为可能【3】；R．I．Karlsson和B．LJosefson运用Adina软件的三维有限元方法分析了圆管对焊时残余应力、残余应变和变形，分析过程中舍弃了轴对称假设，材料为sI