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不锈钢焊接接头疲劳失效评定方法研究

吴冰  
【摘要】:本文通过焊接接头疲劳试验对SAF2205双相不锈钢和1Cr18Ni9Ti钢焊接接头S-N曲线进行了详细分析,并将其试验结果进行了比较,讨论了焊接材料及试样接头型式对S-N曲线的影响。试验结果表明:SAF2205和1Cr18Ni9Ti不锈钢焊接试样的常数m和N=2(106疲劳强度与国际焊接学会(IIW)推荐的数值有较大差异,采用IIW的S-N曲线对本文不锈钢焊接试样进行疲劳评定时,将给出过于保守的结果;接头型式不同导致焊接接头局部应力集中有较大差异,因而对采用名义应力表示的S-N曲线有明显影响。 为了研究焊接接头残余应力对接头疲劳强度的影响,本文采用ANSYS软件计算焊接残余应力。首先模拟接头的焊接温度场,在此基础上计算接头残余应力,并且分析研究了焊接接头尤其是疲劳断裂危险区的残余应力分布特征。结果表明:对于本文的D型接头焊根处存在较高的残余应力值;其计算结果与有限元网格划分有一定的依赖性。 本文采用Dang Van准则和体积法两种局部法从理论上对SAF2205双相不锈钢和1Cr18Ni9Ti钢焊接接头的疲劳性能进行评定。 法国金属研究所提出了用于角焊缝的局部疲劳极限准则——Dang Van准则,考虑焊接残余应力,用准则中J.J.Janosch提出的持久限公式对开坡口承载十字接头(D型)的疲劳强度进行评定。讨论了Dang Van准则评定的各种影响因素及其适用性。结果表明:对于本文的D型接头,评定后的特征疲劳强度与Dang Van准则的建议值有一定的差异。经研究发现,有限元网格尺寸的选择及其焊根处的未焊透缺陷都会影响最终的计算结果。 体积法是近年来提出的一种疲劳强度和疲劳寿命预测方法。本文应用体积法对不锈钢的四种不同型式的焊接接头疲劳强度进行了评定研究,对该方法的适用性和有限元计算过程影响因素进行了分析讨论。结果表明:对焊态焊接接头,体积法局部平均应力(σave|Ω参量为具有一定普遍意义的疲劳控制参量,由(σave|Ω表示的焊接接头疲劳强度与接头型式无关;对有限元网格大小和焊接接头材料的不同有一定的依赖性。同时结合Dang Van准则对体积法进行修正,采用修正的体积法再次对SAF2205双相不锈钢两种接头的疲劳寿命进行评定,计算结果验证了修正体积法的合理性和有效性。


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