低匹配对接接头几何形状对接头弯曲性能的影响

摘要

高强钢采用低强匹配焊接，可提高焊缝韧性、降低冷裂纹，且可降低预热温度或进行不预热焊接，且通过对低匹配焊接接头几何形状优化可以获得与等匹配相同或接近的静载承载能力和疲劳性能。但是高强钢低匹配弯曲性能不良限制了它的广泛应用。本文针对高强钢低匹配接头存在的这一问题，运用焊接相关的力学理论结合有限元数值模拟技术，提出了通过对低合金高强钢低匹配焊接接头几何形状进行优化而提高高强度钢焊接结构弯曲性能的方案，并用弯曲试验对有限元优化方案的实际效果进行验证。结果证明，通过对低匹配焊接接头的尺寸细节进行优化，可以提高低匹配接头的弯曲性能，从而使高强钢焊接匹配比有了更加广泛的选择范围。
　　借助于大型工程软件MSC.MARC，采用有限元分析技术，考察了接头几何参数对其弯曲性能的影响，对高强钢低强匹配的对接接头进行了以提高冷弯性能为目的的优化设计。研究了常规等匹配对接接头、常规低匹配对接接头及按照几何参数优化设计的低匹配对接接头在弯曲载荷下金属的流变行为及开裂倾向。结果表明，优化几何形状参数的低匹配焊接接头的弯曲角明显高于常规低匹配对接接头的弯曲角。优化接头在焊缝内部熔合线附近母材几何突变点的开裂倾向较大，而常规接头裂纹萌生于焊缝表面。
　　按照理论研究结果制作了优化设计的接头，进行了弯曲试验，把优化低匹配接头的弯曲性能与低匹配及等匹配的常规接头的弯曲性能进行分析。优化的低匹配接头的弯曲性能明显优越于自然成型的低匹配接头，也略优于等匹配接头，即用实验验证了有限元分析的正确性和接头优化方案的可行性。
　　针对匹配比为0.43的对接接头，由有限元法模拟分析接头几何形状参数对接头弯曲性能的影响规律，获得优化的接头几何形状参数；通过优化接头的弯曲实验结果验证了有限元分析的正确性和优化方案的可行性。

目录

低匹配对接接头影响几何形状对接头弯曲性能的影响

Effect of The Geometry of Under-Matched Butt Join on The Bending Performance

摘要

Abstract

绪 论

1.1 课题背景

1.2 课题研究的目的与意义

1.3 高强钢的焊接性

1.4 强度失配对接头性能影响的研究现状

1.5 焊接结构弯曲性能的研究

1.6 有限元法在焊接中的发展及应用

1.7 本文的研究内容

第2章 有限元分析模型的构建

2.1 常规对接接头的有限元模型的构建

2.2 优化低匹配对接接头有限元模型的构建

2.3 本章小结

第3章 焊接接头应力变形过程的有限元分析

3.1 常规等匹配对接接头应力变形分析

3.2 常规低匹配对接接头应力变形分析

3.3 优化低匹配对接接头弯曲载荷下受力分析

3.4 优化低匹配对接接头应变变化过程

3.5 优化后低匹配对接接头典型点的应力变形过程

3.6 本章小结

第4章 焊缝几何参数对弯曲性能的影响

4.1 焊缝余高对接头弯曲性能的影响规律

4.2 焊道盖面宽度对接头弯曲性能的影响规律

4.3 焊趾半径对接头弯曲性能的影响规律

4.4 几何形状因素对焊接接头弯曲性能影响的回归分析

4.5 本章小结

第5章 低匹配对接接头的弯曲性能试验

5.1 接头母材与焊缝金属的性能测试

5.2 对接接头弯曲试样的制备

5.3 不同接头形式的试样弯曲试验与对比分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

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