《含缺陷焊接接头完整性评定工程方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《含缺陷焊接接头完整性评定工程方法（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、含缺陷焊接接头完整性评定工程方法为了研究焊接力学不均匀性对焊接结构完整性评定工程方法的影响规律，本文从有限元数值解出发,基于焊接接头应力场数值解的结果,在详细地研究了焊接接头力学性能不均匀性对其应力场影响规律的基础上,分析了不同应力状态情况下，HRR场以及单参数积分参量在表征焊接接头应力场过程中的不完全性，指出了目前断裂力学的基本理论在分析焊接接头力学性能不均匀体时所存在的问题。对单参数J积分参量在平面应变状态下，不能完全反映焊接接头裂端场实质的情况,考虑到应力三轴性对焊接接头裂端应力应变场的影响,结合以往建立的焊接接头弄双参数准则，首次提出了弄Q双参数焊接接头失效评定曲线的方法,并利用有限元
2、计算分析了焊接接头材料组配以及裂纹儿何发生变化时，介Q双参数焊接接头失效评定曲线的变化规律。进一步结合工程实际,对双参数焊接接头失效评定曲线中各参量的程估算方法及其临界值测试和计算的途径作了系统的研究和归纳，得到了一个比较完整并便于工程实际应用的焊接结构完整性评定途径。在焊接缺陷结构的完整性评定过程中,接头的断裂韧性及其测试是其完整性评价的另一个中心环竹。结合有限元数值解的结果，本文讨论了平面应变状态下，不同裂纹J七何及材料组配焊接接头的载荷与位移曲线。在此基础上，应用柔度变化率法分析了各种组配接头的断裂性能，提出了适于工程应用的焊接接头断裂韧性的工程估算方法。西安理工大学硕士学位论文最后，结
3、合专家系统知识，通过V十.60可视化程序设计软件，开发出能应用于焊接结构缺陷评定的辅助系统软件包.关键词焊接接头介Q双参数准则失效评定曲线断裂韧性有限元方法本目录1绪论.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。. 均匀材料裂纹尖端应力应变场的研究现状。.。.目前缺陷评定方法的现状及其新发展。.。.。.。.。应力强度因子准则.。.。.。.。.。.。.TD设计曲线法.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.1.。3ERI的J积分估算方法。.。.。.。.。.。.。.。.3。4失效评定图（FAD)法。.。.。.。.。.。.。.。.。.。，。.。.4焊接结构的缺陷评定。
4、.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。.。81.。1焊接接头裂端场的研究现状.。.。.。.。.。.。.。.2焊接接头缺陷评定方法的研究现状.。.。.。.。.。.。.。.10专家系统的研究现状。,.。.。.。.。.。.。.。,.。.。.。.。125。国内外焊接专家系统的研究现状，.。.。.。.。.。.1352国内缺陷评定专家系统的研究现状.。.。.。.。.。.。.。.136本文研究的主要内容及技术路线。.。.。.。.。.。.。.。.。.142焊接接头裂端场及JQ双参数断裂准则的建立.。.。.。.。.。.。.。.。.161前言随着航天航空、海洋工程、石油化工等工业的迅速发展，焊接结构的应用越来越
5、广泛。然而，由于焊接过程本身受到焊接技术发展水平、焊接工艺以及焊接所使用材料等实际因素的影响和制约,很容易在结构的焊接部位形成各种各样的焊接缺陷,这些缺陷的存在必然对焊接产品的使用功能带来很大影响。考虑到焊接连接的固有特点和材料组成的不同一性，加之焊接本身是一个复杂的热物理化学冶金过程，这些因素的作用造成了焊接接头部位材料和力学性能上的不均匀性，并给焊接结构缺陷评定工作带来不少困难。关于焊接接头不均匀裂纹体的断裂分析和完整性评价一直是困扰力学界和焊接界的一个主要问题，也是目前缺陷评定方法研究的焦点和难点。因此,结合断裂力学基本理论,对焊接缺陷和焊接接头进行系统地分析和研究,同时寻求一个适合于工
6、程应用的焊接结构完整性评价方法,具有重要理论意义和实际应用价值.从六十年代到今天，一方面断裂力学从早期对脆性断裂的探索发展到目前对弹塑性断裂力学的研究，都是和金属结构件的完整性评定息息相关的，这些理论的成熟为结构缺陷的断裂分析和完整性评定提供了有力的工具,也是进行焊接接头力学性能不均匀性缺陷完整性评定的基础；另一方面，计算机技术已经渗透到了人类社会的方方面面，个人计算机（PC）也已经获得了大量应用。将计算机技术应用于结构缺陷的断裂分析和完整性评价中，把复杂的计算和繁琐的评定过程借助于计算机来实现，为工程中缺陷评定提供更加有力的工具，这无疑是十分有意义的.1。2均匀材料裂纹尖端应力应变场的研究现
7、状裂纹尖端应力应变场是建立裂纹起裂与扩展准则的理论依据，长期以来一直是众人所研究的焦点。断裂力学发展到今天,其表征外载荷作用西安理工大学硕士学位论文下裂纹尖端应力应变场强度参量的方式主要有三种,即应力强度因子K、裂纹嘴张开位移占和围绕裂纹尖端的闭路积分.应力强度因子K是线弹性断裂力学分析的方法,适用于裂纹尖端场塑性变形较小的线弹性试件。在裂纹结构塑性变形较大的情况下，断裂力学则应采用裂纹尖端张开位移(CD）或围绕裂纹尖端的闭路积分作为断裂参量来表征应力场的强度。60年代末期,Hutchin2、Rie和Roegren3首先对幂硬化材料,基于小变形J。形变理论,通过对非线性弹性材料半无限平面裂纹体
8、应力应变场的研究，得到了裂纹尖端的主渐近解,即HRR奇异场解,并以J积分作为断裂参量来描述裂断场。J是c的J积分断裂参量，c建议的二维场J积分表达式为1：J工（肠一“夕会，(1一1)上式中r为积分路径，砰为应变能，沿外法线方向上的单位矢量。鉴于J积分既有明确的物理意义,又便于计算和测量,从而使其在弹塑性断裂力学的理论和工程应用中得到了推广，对断裂力学的发展起到了很重要的作用。裂纹考虑图1一1所示的裂纹结凡为应力偏张量，n为回路上图1一1平面状态裂纹结构构，在某一外载荷作用下，HRR场理论用下式来描述其应力场强度:五二口式中,为Rie的J积分，关的函数,，、气、l尸共丁而：夕、。，、)又既，,C
9、,z.厂少（1一2）是一个与坐标位置无关仅与载荷及裂纹几何有nI月是裂端场材料常数,子.（0，）是一个与坐1绪论标0和材料应变硬化指数n有关的无量纲参数。自从J积分应用于断裂分析以来，有关HRR场能否正确地描述各种实际试件应力应变场的理论和实验研究一直是断裂力学研究的一个主要内容。几十年来的理论和试验研究以及有限元数值计算表明，5:HR奇异场在裂纹尖端一环形区域内，在一定程度上能够对不同裂纹几何和不同受力方式的裂纹体，刻画出其真实的应力应变特征,奇异场的强度系数J积分同样在一定程度上可作为控制裂纹起裂的单参数准则。但是，RR场奇异性理论建立之初,在确定裂端应力应变场的同时,亦相应地对裂端塑性约
10、束强度一应力三轴性提出了严格的要求，而这一要求是为了满足场奇异性“无限大平板，半无限裂纹，服从纯幂指数硬化规律的非线性弹塑体1的这种假设,然而,其与实际工程中所应用的应变硬化弹塑性材料有着本质上的不同，两者的裂端塑性约束强度很可能存在着差别，这一差异可能对其应力应变场的分布特征产生影响。进一步的研究表明，实际试样中平面应力条件下的裂端约束基本上可以满足HRR场奇异性的要求，主导裂端场有效。在此前提条件下测得的是一个材料常数，可以作为弹塑性断裂判据中的断裂参量使用.不同试样几何及裂纹深度等情况下,处于平面应变状态的裂纹体,其裂端有着不同的应力三轴性水平，相应地,其J积分单参数已失去其主导断裂场的
11、有效性，并直接导致所测得的断裂韧性Jcj依赖于试验条件或裂端应力三轴性水平，不是材料常数，因此现行的有关Jcl试验标准或规范的科学性和合理性存在问题5.为了解决在平面应变条件下,裂端约束不能满足HRR场奇异性要求，J积分单参数不能作为弹塑性断裂判据的问题,寻找能够反映实际的应力应变场新的断裂参量是其根本办法。目前关于积分对三轴应力的依赖和不能完全反映实验结果的修正，集中在提出一个考虑裂端拘束度的弄Q双参数断裂参量16一川，然后依据双参数建立新的断裂准则2一4.弄双参数断裂参量中J表示J积分，是衡量裂纹尖端附近高应力或高应变区的尺度，3西安理工大学硕士学位论文Q是裂端应力三轴性因子，表征裂纹尖端
12、受拘束的程度。实际中，三轴应力水平在韧性断裂失效中起着重要的作用，裂端应力应变场的建立必须同时满足应力及应力三轴性水平,这样建立的断裂判据才能真正反映断裂的实质，这也是HR场所决定的积分主导是否有效、断裂判据是否成立的关键。弄Q双参数理论的提出解决了HRR场应力解不能真实反映平面应变条件下,材料应力应变场这一困难，为断裂力学在工程实际中的应用奠定了基础.1.3目前缺陷评定方法的现状及其新发展近年来的研究表明某些缺陷的存在对工程结构的正常服役并无影响,因而有必要在“合于使用”（FnesofrPurpo)原则基础上建立缺陷评定准则【。断裂力学发展到今天，依据“合于使用”原则建立的结构完整性技术及其
13、相应的工程安全评定规程（方法）越来越走向成熟,己在国际上形成了一个分支学科，在广度和纵深两方面均取得了重大发展。在广度方面新增了高温评定、各种腐蚀评定、塑性评定、材料退化评定、概率评定和风险评估等内容；在纵深方面：弹塑性断裂、疲劳、冲击动载和止裂评定、极限载荷分析、微观断裂分析、无损检测技术等均取得很大的进展,亦为工程实际的分析提供了坚实的理论基础.对于缺陷的评定方法世界各国都有研究,大多数都是以在役压力容器的安全评定为主线,提出各自的评定方法或规范，并对这些规范进行不断的修改和补充。从断裂力学的基本理论看，现在缺陷评定的主要方法有应力强度因子准则、CD设计曲线法、美国加州电力研究所（EPRI）的J积分估计方法和以英国CG的6方法为代表的失效评定图法等。从有利于工程实际应用的角度来看,失效评定图是一种简便的方法,代表了含缺陷结构完整性评定发展的方向。1。1应力强度因子准则早期有关缺陷评定及结构完整性评价的标准或方法是建立在线弹性l绪论断裂力学基础上的。如美国的ASME“锅炉与压力容器规范第m、I篇附录【“，7,其基本思想是应用了线弹性断裂力学理论,以裂纹
