管焊接的残余应力分析及其疲劳寿命评估

论文摘要

焊接作为生产生活中不可或缺的连接方式,在越来越多工业领域发挥着重要的作用。焊接质量的好坏直接影响到焊件在使用过程中的安全性能,通过有限元方法进行焊接过程的模拟和疲劳分析,不仅能够缩短研究周期,而且减少了研究的费用和人力。过热器管在焊接后的工作中,其温度和压力会随着时间呈周期性变化,在周期作用载荷下,焊接接头处较容易发生疲劳断裂。因此,对过热器管的焊接残余用力的分析以及疲劳寿命的预测具有重要意义。本文使用ANSYS对过热器管的焊接过程进行焊接数值模拟,利用编程实现焊接模拟分析过程中的热源加载和移动,得到焊接过程中的温度场和应力场随时间变化的分布情况。在过热器管的焊接过程后,对焊件进行相关的应力消除工作,将过热器管的焊接残余应力降低到较小的水平。本文应用FE-SAFE疲劳分析软件,对焊接的过热器管进行不同情况下的疲劳寿命计算,并分析不同的载荷,以及有无残焊接余应力等条件对过热器管的疲劳寿命和安全系数的影响作用。最后,本文对过热器管的形状尺寸进行优化,并分析优化后的疲劳寿命和安全系数,进一步研究了过热器管的疲劳性能。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 课题背景及研究的目的和意义
•   1.2 耐热钢的发展历程
•   1.3 焊接数值模拟的国内外研究现状
•     1.3.1 温度场分析的研究现状
•     1.3.2 应力场分析的研究现状
•   1.4 疲劳分析的研究现状
•   1.5 本文研究的主要内容
• 第2章 焊接强度分析理论
•   2.1 焊接温度场理论
•     2.1.1 热传导的基本定律
•     2.1.2 热传导微分方程
•     2.1.3 焊接热源模型的选择
•     2.1.4 焊接能量输入
•   2.2 焊接应力场理论
•     2.2.1 温度应力理论
•     2.2.2 热弹塑性分析基本假定
•     2.2.3 弹性热应力基本方程
•   2.3 焊接热-结构耦合分析
•     2.3.1 直接耦合方法
•     2.3.2 间接耦合方法
•   2.4 有限元分析软件
•   2.5 仿真对比试验
•   2.6 本章小结
• 第3章 焊接温度场模拟
•   3.1 温度场计算前处理
•     3.1.1 焊接件的物理模型
•     3.1.2 建立焊接件的有限元模型
•   3.2 温度场计算加载与求解
•     3.2.1 热源模型及焊接参数的确定
•     3.2.2 温度场计算的加载和边界条件
•     3.2.3 生死单元技术
•     3.2.4 求解器设置
•   3.3 温度场模拟结果
•     3.3.1 温度场分布云图
•     3.3.2 温度场的曲线图
•   3.4 热处理及温度分布
•   3.5 本章小结
• 第4章 焊接应力场分析
•   4.1 应力分析过程
•     4.1.1 热-结构单元的转换
•     4.1.2 边界条件的确定
•     4.1.3 求解器的设置
•     4.1.4 温度载荷施加
•   4.2 焊接应力场结果
•     4.2.1 焊接应力场云图
•     4.2.2 焊接接头应力分布曲线
•   4.3 高温过热器管道焊后应力消除
•   4.4 本章小结
• 第5章 管焊接的疲劳寿命分析
•   5.1 疲劳损伤分析理论
•   5.2 ANSYS FE-SAFE软件介绍
•   5.3 疲劳分析的设置
•     5.3.1 疲劳载荷的选取
•     5.3.2 材料参数的设定
•   5.4 疲劳分析结果
•     5.4.1 温度和压力载荷作用的疲劳分析
•     5.4.2 温度和压力载荷单独作用的疲劳分析
•     5.4.3 不考虑残余应力的过热器管的疲劳分析
•     5.4.4 结构优化后的过热器管的疲劳分析
•     5.4.5 疲劳情形的结果对比
•   5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 杨萧

导师: 李鸿

关键词: 过热器管,焊接残余应力,热结构耦合,疲劳寿命

来源: 哈尔滨工程大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 力学,金属学及金属工艺

单位: 哈尔滨工程大学

分类号: O346.2;TG457.6

总页数: 82

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