1. 研究目的与意义（文献综述）

众所周知，焊缝连接是连接不同结构物的一种有效加工方式和手段，因其有着构造便捷，多种形式的连接构件都能进行直接相连，以及经济方便自动化程度较容易的优点。但与此同时，焊接会使焊接结构即被焊工件内部产生由焊接引起的内应力。按照对应生成的时期不同，通常会把焊接应力分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。焊接瞬时应力是由于焊接时不均匀加热的温度变化而产生的随之发生变化的应力；焊接残余应力则是被焊接结构物在冷却之后恢复至初始温度后而对应残留的应力。对应在被焊结构物中的方向不同，焊接应力可分为沿焊缝长度方向的纵向焊接应力、垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力和沿厚度方向的焊接应力。而厚向的应力在厚结构物中较为明显，而在薄板结构中则可忽略不计，因此本文则主要针对其中的纵向和横向应力进行考虑。

薄板结构在需要着重考虑重量的工程结构物中有着越来越重要的作用，例如赛车，航空，军事等高新技术领域中有着广泛的用途，而随着使用需求的增加，相关的性能要求和寿命要求也随之增加，由此可见薄板结构有着极高的研究价值。例如在潜艇的凸锥柱结合壳出的焊趾会拥有不小的焊接残余应力,在交变载荷的反复作用下极易产生焊缝裂纹,这对结构安全产生了不容忽视的潜在风险。而本文所研究的薄板是指板厚在4-7mm厚度范围内的板材，而其中4-5mm厚的板材焊接问题一直以来都是个难点，因相对厚板而言，薄板对于产生焊接变形的因素更为敏感，不仅焊接质量会不如厚板，他们的初始焊接引起的变形也会更大并且不同。即使激光复合焊接可以产生非常窄的焊缝。但这与轴向错位相结合，会导致焊缝根部出现不连续的焊缝几何形状，从而显著降低疲劳强度。同时，目前几乎所有的焊接结构应力场和疲劳评估方法都是基于理想化的焊缝几何形状而言的。这与结构物由于几何结构上不连续导致了结构刚度的不连续性的特点使相关分析计算变得很困难有很大的关系。

国内研究：

来自上海交通大学的魏良武博士[1]通过采用焊接变形实验和热弹塑性有限元法的方法测量了材料的固有应变，并由此推出了固有应变与主要影响因素的关系；重庆交通大学的张继祥教授等人[2]在分析T型焊接接头的双侧同步焊接固有应变分布时，得出了不一样的参数的条件下固有应变的变化趋势；南京理工大学的张俊等人[3]则基于ADINA软件对焊接结构进行了应力场与温度场的相关研究;武汉第二船舶设计研究所的吴雪珍[4]用喷砂浅盲孔法,对 VHD 402钢潜艇中间试验分段在不同焊接方式以及不同拘束度下焊接残余应力的分布情况及数值进行了测量,并与不同焊接工艺条件下的焊接残余应力参数进行了相关对比；孙文婷[5]运用ANSYS 计算分析了潜艇环焊缝的焊接过程和焊接工艺对残余应力的影响规律；甘肃工业大学的李有堂等人[6]通过无限相似单元的方法计算了切口应力集中系数；

而常被采用的热弹塑性有限元法融合了传热有限元分析和结构弹塑性有限元分析两个过程部分，可以较真实地体现焊接材料的结构参数、焊接工艺参数以及由焊接的不同顺序等方面带来的焊接残余应力和焊接变形等造成的影响[7]；

国外研究：

法国的P. Duranton 等人[8]在对316L不锈钢的焊接过程中使用了 SYSWELD 软件进行计算，网格划分方法为自适应网格法，并根据热源模型的特点和热源模型的移动轨迹对网格进行“运动中的重新划分”；

日本九州工业大学的 Toshio Terasaki 等人[9]采用不同的焊接参数对低碳钢板进行了相关的焊接实验，并通过收集焊接之后试件的角变形及横向变形的数值，最终得到了角变形和横向变形与焊接线能量以及板材厚度的关系曲线；

瑞典的 Lindgren L E等人[10]应用了 h-adaptive 自适应网格法和非自适应网格法，并在电子束焊过程当中对二者的计算效果进行了比较，并得出了h-adaptive 自适应网格法的计算时间比非自适应网格法减少了 60％左右；

克罗地亚的 Mato Peric 等人[11]应用 Shell/3D Solid 混合单元法进行建模来计算EN 10025-2：S355JR不锈钢的 T 型接头焊接情况时，并得出Shell/3DSolid 单元交界处残余应力以及应变分布结果与采用纯实体单元模型得到的结果相近，但计算时间却大幅缩短，可减少大约42%的时间的结论；

2. 研究的基本内容与方案

本课题是基于切口强度理论综合考虑焊接的焊接缺陷和几何非线性，同时从理论上、数值上开展对含初始缺陷的薄板焊接接头的应力场的评估。

主要研究内容如下：

根据切口应力强度理论，提出了奇异强度值‘as’的概念，进而得到切口构件拐角处应力的快捷计算方法，并通过大数量的模型推导出‘as’的公式表达。将通过此方式得到的应力结果和有限元以及 n-sif方法的结果进行对比，从而达到校核此算法的可行性的目的。

3. 研究计划与安排

1) 在进行毕业设计任务分析、资料检索、调研的基础上完成开题报告。（1-2周）

2）了解并熟悉已有的切口应力方法及规范。（3-5周）

3) 理论推导切口应力与虚拟半径的关系公式。（6-8周）

4. 参考文献（12篇以上）

[1]魏良武. 固有应变法预测焊接变形的研究及其工程应用 [d]. 上海：上海交通大学，2004

[2]张继祥，刘紫阳，王智祥，等. 桥梁钢结构 t 型接头双侧 同步焊有限元建模[j]. 电焊机，2014，44（8）：77-83.

[3]张俊, 徐越兰, 王克鸿, et al. 基于adina软件的焊接结构应力场与温度场研究[j]. 焊接, 2007(10):30-33.