力学失配焊接接头的弹塑性断裂与强度研究

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雅宝题库解析：
焊接结构在制造及运行过程中可能会产生缺陷，因此焊接接头的抗断裂性能对结构安全是至关重要的。焊接接头是一个非均质体，焊缝和母材力学性能失配对焊接接头的强度与断裂行为有重要影响。本文以含裂纹焊接接头为对象，研究力学失配焊接接头的变形行为、裂纹驱动力、极限载荷以及缺陷评定方法，对于焊接结构的断裂控制设计及合于使用评定具有理论及实际意义。根据典型焊接接头的断裂及强度试验结果，研究了力学失配焊接接头的不均匀性，对强度失配焊接接头的变形基本特征进行了分析，构建了力学失配焊接接头的分析模型。确定了力学失配焊接接头弹塑性断裂与强度研究的主要题目。采用有限元法研究了含裂纹力学失配焊接接头的变形行为，分析了接头的强度失配系数、硬化性能、裂纹长度、焊缝宽度对接头变形行为的影响。低匹配接头的变形首先集中在焊缝中，高匹配接头则能在一定条件下对焊缝起到保护作用；裂纹尺寸对焊接接头的屈服模式有较大影响，裂纹较长时倾向于发生净截面屈服，裂纹较短时则容易发生全面屈服；焊缝硬化性能和焊缝宽度对接头的塑性变形和承载能力也有影响，焊缝硬化性能和宽度变化导致的裂尖局部变形范围和程度差异越大，对接头的承载能力的影响越大。研究了强度失配系数、焊缝硬化性能、裂纹长度及位置、焊缝宽度、材料应力应变曲线形状等因素对焊接接头裂纹驱动力的影响，分析了焊接接头的断裂机制。结果表明：强度失配系数增大，焊接接头裂纹驱动力降低，裂纹长度越短，强度失配的影响越显著；焊缝的硬化性能提高，裂纹驱动力降低；裂纹偏离焊缝中心距离增大，低匹配接头裂纹驱动力降低，高匹配接头裂纹驱动力升高；焊缝宽度增大，低匹配接头裂纹驱动力升高，高匹配接头裂纹驱动力降低；母材存在屈服平台时，裂纹驱动力与外加应变的关系曲线出现增长—停滞—增长的阶段性变化，这主要是由于母材形变硬化滞后焊缝变形所产生的；力学失配焊接接头的断裂机制受材料强韧性组合与裂纹尺寸等因素综合影响。计算了裂纹位于焊缝时力学失配接头的极限载荷，分析了强度失配系数、裂纹长度、焊缝宽度及裂纹偏离焊缝中心位置对极限载荷的影响。结果表明：当裂纹较长且焊缝较宽时，接头极限载荷接近均质焊缝的极限载荷；裂纹尺寸越小且焊缝越窄，强度失配系数的影响越小。当强度失配系数一定时，在裂纹较长且焊缝较宽时，裂纹偏离焊缝中心位置对接头极限载荷的影响较大，对于低匹配接头来说偏置量增大极限载荷提高，高匹配则相反；裂纹尺寸越小且焊缝越窄，偏置量影响越小。分析了力学失配焊接接头的失效评定曲线，详细讨论了反映强度失配、材料硬化性能及屈服特征等控制参数的变化规律，计算了力学失配对含裂纹焊接接头评定点的影响。研究结果为焊接结构合于使用评定的工程应用提供了基础。