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球罐焊缝缺陷与焊接残余应力的数值模拟

陈仲波  
【摘要】: 球罐是一个大型的、复杂的焊接壳体结构,球罐的焊接质量将直接影响其使用安全性。对球罐焊接过程的数值模拟无疑不仅具有重要的实际意义,而且具有明显的经济效益和社会效益,在工程应用中具有重要的作用。本文以热—弹塑性理论为基础,采用有限单元法对球罐环焊缝焊接接头温度场和应力应变场进行二维和三维的数值模拟,同时对球罐焊接极易产生的缺陷——错边进行有限元计算分析。本文主要做了如下几个方面的研究工作: 建立了球罐环焊缝焊接温度场和应力场二维轴对称有限元分析模型,考虑了材料的热物理性能和力学性能随温度而变化,即材料非线性,模拟计算出实际焊接过程的温度场和应力场的分布。 建立了球罐环焊缝焊接温度场和焊接应力应变场三维移动热源有限元分析模型,考虑了材料的热物理性能和力学性能随温度而变化,即材料非线性,应用单元生死技术模拟焊接熔敷过程,模拟计算出移动热源作用下的温度场,以及以温度场为基础的环焊缝接头焊接应力应变场的分布规律,并且将三维模型与二维模型的计算结果进行比较。 应用有限单元法对含错边缺陷的球罐进行了应力分析,讨论了球罐的两向应力变化规律及其弯曲应力分布规律。同时,对影响应力集中系数的各个参量进行研究,得到了错边球罐应力集中系数随这些参量变化的规律,并且把有限元计算得出的结果与矢田错边公式的计算结果进行比较。


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