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超高强度钢及其焊接接头的断裂行为研究

邹吉权  
【摘要】: 超高强度钢广泛应用于航空、航天及其它军工领域,目前也扩展到建筑、汽车、桥梁等领域。然而,超高强度钢在应用过程中存在两种现象:一种是由于断裂韧性较低并存在加工缺陷,导致断裂事故时有发生;另一种是用高应力三轴度的实验室试样去评价低应力三轴度的实际结构,可能会导致过分保守的评估结果,造成浪费。针对这两种现象,本文以D406A钢为例,系统地研究了超高强度钢及其焊接接头的断裂行为。 首先测试了D406A钢化学成分、夹杂物及金相组织,并分析了其对断裂韧性的影响;测试了D406A钢常规力学性能;介绍了D406A钢的焊接工艺和焊接材料,对焊接接头的力学性能和显微硬度进行了测试。 采用英国BS7448标准,用三点弯试样测试了8-10mm的D406A钢及其焊接接头的断裂韧度和J阻力曲线,分析了非匹配对接头断裂韧性的影响。 测定了D406A钢表面裂纹断裂韧度。由于试验结果不能满足有效性判据,采用试验与有限元分析相结合的方法,应用弹塑性断裂力学测试材料的延性断裂韧度JIe,再用断裂力学理论转换成表面裂纹断裂韧度KIe,同时讨论了表面裂纹的J守恒和J主导。从而成功解决了用小试样测试表面裂纹断裂韧度KIe的问题。 测试了焊接接头表面裂纹的断裂韧度(裂纹分别开在焊缝中心和距熔合线1mm处),详细分析了非匹配对接头断裂韧性的影响。 将局部法应用于超高强度钢断裂行为的研究。对不同形状和裂纹尺寸试样的裂纹尖端应力场与HRR场进行了比较,分析了各种试样具有的不同的拘束度。测试了浅表面裂纹的断裂韧度,比较了深、浅表面裂纹的断裂韧度概率分布。用威布尔参数估计程序计算了D406A钢的形状参数和尺度参数,进而用深表面裂纹试样对浅表面裂纹试样断裂韧度的概率分布进行了成功预测。 用有限元方法分析了含表面裂纹焊接接头母材和热影响区J积分随威布尔应力变化情况,比较了二者断裂韧度概率分布,并由均质母材对HAZ断裂韧度概率分布进行了成功预测。


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