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摘 要

焊接残余应力会严重影响焊接结构的使用性能，可能引起结构的脆性断裂，拉伸残余应力会降低疲劳强度和腐蚀抗力，压缩残余应力会减小稳定性极限，焊接残余应力是焊件产生变形和开裂等工艺缺陷的主要原因。在焊件服役过程中，焊接结构的残余应力和其所受载荷引起的工作应力相互叠加，使其产生二次变形和残余应力的重新分布，降低焊接结构的刚性和尺寸稳定性。现代大工业生产与新技术的迅猛发展，对焊接技术提出了更高的要求一高质量、高经济性和高可靠性。焊接残余应力与变形是直接影响构件结构性能、安全可靠性的重要因素，它在一定条件下，会对结构的断裂特性、疲劳强度和形状尺寸精度等产生十分不利的影响。

为研究某压力容器筒体焊缝焊接残余应力对焊接接头的影响，预防焊缝出现开裂等问题，采用有限元软件ANSYS中生死单元技术对压力器筒体单面焊焊接过程进行数值模拟，结果表明，焊接残余应力集中分布在焊缝区域，在焊缝中心处残余应力较高，远离焊缝中心，残余应力逐渐减小。在外表面焊缝处存在应力最大值。

关键词： 压力容器； 焊接； 焊缝； 耦合场； 残余应力

ABSTRACT

The welding residual stress will seriously affect the performance of welded structure such as cause the brittle fracture structure, tensile residual stress reduces the fatigue strength and corrosion resistance, compressive residual stress will decrease the stability.Welding residual stress is the main reason for weld defects such as deformation and crack.In the welding course of service, welding residual stress and its loads caused by work stress superposition, the re distribution of two deformation and residual stress, reduce the structural rigidity and dimensional stability of welding.The rapid development of modern industrial production and new technology, puts forward higher requirements of a high quality, high economical efficiency and high reliability of welding technology.The welding residual stress and deformation is an important factor which directly affects the structural performance, safety and reliability,in certain conditions, will have a very negative impact on fracture behavior, fatigue strength of structures and the size precision.

In order to study welding deformation, adopting birth-dead skills of the finite element soft ware ANSYS to simulate one- side welding process of the pressure vessel cylinder , We can get the results through analysis that the welding residual stress concentration distribution in the weld area, the residual stress in the weld center high, away from the weld center, the residual stress decreases gradually. In the outer surface of weld stress maximum.

Keywords： pressure vessel welding; weld; weld line;coupling field; residual stress

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 焊接残余应力的文献综述 2

1.2.1 焊接残余应力的概念 2

1.2.2 焊接残余应力产生的原因 2

1.2.3 焊接残余应力对焊接结构的影响 3

1.2.4 焊接残余应力的测试 3

1.2.5 焊接残余应力的影响因素 4

1.2.6 焊接残余应力有限元分析 5

1.2.7 焊接温度场与应力场的研究历史与发展 6

1.3 本文所研究的主要内容和意义 7

第二章 焊接过程的有限元分析理论 8

2.1 有限元法 8

2.1.1 有限元法简介 8

2.1.2 有限元分析步骤 9

2.1 焊接过程有限元分析的特点 10

2.2 焊接残余应力的分析理论 12

2.4 焊接热过程的有限元分析理论 12

2.5 焊接应力场和位移场的基本理论 14

2.6 热弹塑性分析的特点和假定 15

2.7 热弹塑性问题的求解 15

第三章 筒体焊缝残余应力分析 16

3.1 有限元分析步骤 16

3.2 几何模型 17

3.3 材料参数 17

3.4 网格划分 18

3.5 边界条件与初始条件 19

3.6 焊接温度场分析 19

3.7 焊接残余应力分析 20

3.8 结果与分析 20

第四章 结论与展望 23

4.1 结论 23

4.2 展望 24

参 考 文 献 25

致谢 27

第一章 绪论

1.1 引言

焊接作为压力容器制造过程中的重要工艺,直接关系到产品质量的好坏和结构的安全。由于高度集中的瞬时热输入,在焊接过程中和焊后将产生相当大的残余应力和变形,焊接残余应力和焊接变形将严重影响压力容器的强度、刚度、受压时的结构稳定性和尺寸稳定性^[1,2]。焊接残余应力的存在，会直接影响到钢结构的承载能力。为了保证焊接结构的安全可靠，准确的推断焊接过程中的力学行为和残余应力是十分重要的课题。对于厚板焊接就更需要考虑内部残余应力的大小，对于焊接残余应力，以往多是采用切割、钻孔等试验测量方法，不但费时费力，还要受到许多条件的限制，结果数据误差也会很大^[3,4]。

为评估压力容器筒体与平板封头多级焊缝焊接过程中产生的残余应力及焊接变形,利用ANSYS有限元分析软件,对其焊接过程进行数值模拟,定量描述焊接温度场与应力场,预测焊接残余应力的分布,为实际焊接生产及变形提供参考。而本文应用数值模拟方法计算焊接残余应力克服了试验测量方法等缺点，反过来也能验证试验测量的结果^[5,6]。

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