焊接力学不均匀性对316L焊缝扩展裂纹端部场的影响

由于接头组织和材料力学特性的不均匀,特别是当焊接热影响区的硬化对应力腐蚀破裂有重要的促进作用时,核电一回路316L管道焊接接头的应力腐蚀裂纹更容易扩展。考虑到焊接力学不均匀性,本文分析了恒应力强度因子(KI)和恒载荷条件下316L管道焊缝扩展裂纹尖端的局部应力应变场。研究结果表明,由于焊接力学不均匀性和裂纹长度的影响,恒KI和恒载荷条件下,扩展裂纹端部力学场有很大差异;恒载荷对扩展裂纹尖端应力应变的影响比恒KI要大得多。

宏观力学不均匀性对焊接接头动态J积分的影响

焊接接头是一个宏观力学不均匀体 ,力学不均匀性对焊接接头的动态断裂行为有重要的影响。采用MARC有限元程序 ,对含焊缝中心裂纹的低匹配焊接接头三点弯曲试样的动态断裂响应进行了计算模拟 ,并采用虚拟裂纹扩展方法计算了动态J积分断裂参量。作为比较 ,计算了相同条件下全母材及全焊缝三点弯曲试样的动态响应。由于惯性效应的作用 ,动态载荷响应曲线周期振动 ,焊接接头试样的动态载荷响应值介于全母材与全焊缝之间。用虚拟裂纹扩展方法计算的动态J积分与路径无关 ,惯性效应对动态J积分基本没有影响。低匹配焊接接头的动态J积分低于全母材而高于全焊缝。研究结果为承受动载的焊接结构安全评定奠定了基础。

力学不均匀性对焊接接头动态J积分影响的实验研究

用真空电子束焊的方法建立焊接接头的“软夹硬”非均匀体模型 ,用示波冲击的试验方法测出试件的动态断裂韧性 ,用该模型研究了焊接接头的力学不均匀性对其动态 J积分的影响。结果表明 ,裂纹位于硬区材料 ,断裂韧性值更接近硬区材料 ,与软区材料的断裂韧性值差别较大 ;随夹层宽度增加、断裂韧性值减小、夹层宽度到某一值时 ,断裂韧性值趋于稳定。

反应堆压力容器环形试件对焊接头力学不均匀性测试研究

为实现反应堆紧凑布置,反应堆压力容器内设计了多个复合功能的复杂环形构件,此类结构形式首次出现在反应堆压力容器设计中,属于大厚度、高拘束度焊缝结构形式,使得环形构件与反应堆压力容器内壁焊接接头残余应力呈现高幅值和分布复杂的特点;而此类结构长期在高温、高压、强辐照环境下服役并承受交变载荷作用,对结构安全性、可靠性等要求很高,因此有必要对反应堆压力容器内环形件与容器内壁大厚度焊接结构焊接残余应力的不均匀性进行仔细研究和分析,以便为反应堆压力容器环形试件对焊接头性能评估奠定技术基础。采用微冲剪和显微硬度方法测试了反应堆压力容器16MND5低合金钢环形试件对焊接头的力学分布规律。结果表明:对焊接头抗拉强度横向分布不均,呈M型,峰值强度出现在热影响区;对焊接头抗拉强度厚度方向分布不均,母材区波幅35 MPa、焊缝区波幅77 MPa、热影响区波幅80 MPa;对焊接头维氏硬度分布趋势与微冲剪测试结果一致,印证了微冲剪测试结果的合理性。

基于非高斯参数研究不同成分的Cu-Zr合金动力学不均匀性

利用分子动力学模拟技术,模拟了3种不同成分Cu-Zr合金的玻璃转变过程,利用不同温度下非高斯参数的变化来表示成分变化对Cu-Zr合金体系的动力学不均匀性的影响。经研究发现,三种不同成分的Cu-Zr合金的非高斯参数在β弛豫阶段与时间满足幂律函数,同时低温下非高斯参数峰值αmax随温度的变化符合Arrhenius函数,高温下偏离Arrhenius函数,而且两函数中的参数数值接近。结果表明,Cu-Zr合金成分变化对非高斯参数影响很小,即Cu-Zr合金体系的动力学不均匀性受成分变化的影响较小。

关于单元体系Cu的玻璃转变过程中动力学不均匀性的研究

基于分子动力学模拟技术,采用非高斯参数α2(t)来描述单元体系Cu的玻璃转变过程中动力学不均匀性的变化.研究表明在β弛豫阶段,非高斯参数α2(t)随时间的变化满足幂律函数,而非高斯参数峰值αmax和β弛豫时间τβ与温度的关系均符合Arrhenius函数,且温度越接近玻璃转变温度T g,体系的动力学不均匀性越明显.

原子尺寸对Lennard-Jones液体玻璃转变过程中动力学不均匀性的影响

采用分子动力学模拟技术,通过对非高斯参数α2(t)、粘度η等动力学参数的计算探究了原子尺寸对Lennard-Jones(LJ)液体在玻璃转变过程中动力学不均匀性的影响.结果表明在玻璃转变温度Tg附近,原子尺寸越小,粘度值增加越显著,且粘度随温度的变化满足Vogel–Fulcher–Tammann(VFT)方程;β弛豫阶段的非高斯参数α2(t)与时间的关系满足幂律函数,且随着原子尺寸的减小动力学不均匀性越来越明显.

焊接力学性能不均匀性对断裂韧性特征值的影响

本文通过对API X52管线钢焊接接头焊缝附近母材断裂韧性J积分特征值的测试研究,结果表明,焊接接头的力学性能不均匀对焊缝附近母材金属的断裂韧性、裂纹扩展阻力、撕裂模量及延伸区宽度有很大的影响,裂纹离焊缝金属愈近,影响愈大;裂纹尖端的延伸区宽度和起裂韧性具有良好的关系。

焊接接头力学性能不均匀性对管道裂纹断裂参量的影响分析

以含半椭圆形裂纹的管道焊接接头为研究对象,利用ABAQUS软件实现了焊接接头材料属性的连续性,并在此基础之上模拟计算了焊接接头力学性能不均匀性对不同位置裂纹的应力应变场和J积分的影响。研究结果表明,半椭圆形裂纹中点处的应力应变值和J积分都是最大的,越靠近裂纹表面,其应力应变值越小。位于BM和HAZ的分界处的裂纹最容易开裂,位于WM和HAZ的分界处的裂纹起裂后裂纹倾向于进入焊缝金属。

焊接所致力学性能不均匀性对卷管法安装管道完整性影响

管道由于热加工影响,其焊缝处及邻域的热影响区管段材料性能将与其余管段存在差异,即管道存在力学性能不均匀性。分别采用各向同性硬化材料模型与Ramberg-Osgood材料模型,应用ABAQUS仿真模拟卷管过程,并对仿真结果进行对比,表明使用Ramberg-Osgood材料模型能够更真实地模拟管道的力学行为,获得更接近真实值的管道力学响应。基于此模型采用控制度量法研究力学性能不均匀性的影响。研究表明:管道力学性能不均匀性水平越高,对管道结构完整性造成的不良影响也越大。

基于UMAT焊接接头力学性能连续变化的表征方法及应用

焊接接头的力学性能是影响其安全性评价的重要因素。为了能够在数值分析中准确地表征焊接接头力学性能不均匀分布规律,本工作利用有限元软件中的用户定义材料子程序(UMAT)建立了材料力学性能参数随空间坐标连续变化的焊接接头材料力学性能表征方法,解决了“三明治”焊接接头有限元模型分析中存在的材料力学性能突变问题。以高组配焊接接头为例,分析比较了含裂纹缺陷的“三明治”与连续过渡焊接接头有限元模型裂尖应力应变场分布的规律与特点。结果表明,连续过渡焊接接头有限元模型能够更为准确地表征材料力学性能不均匀分布规律,为焊接接头的力学性能分析与安全性评价提供了新的数值分析思路和方法。

基于局部应变法的焊接微区低周疲劳性能

针对忽略焊接力学不均匀性的名义应变法评价焊接接头低周疲劳性能不准确的问题,提出一种考虑焊接接头力学不均匀性、基于弹塑性有限元计算的局部应变法,对焊接接头的低周疲劳性能进行准确评价.通过耐热钢电弧焊接头光滑试样和焊缝光滑试样的低周疲劳试验,以及焊接接头光滑试样在加载过程中的弹塑性有限元计算,采用名义应变法和局部应变法分别对耐热钢电弧焊接头光滑试样进行低周疲劳性能评价.结果表明,耐热钢电弧焊接头在低周疲劳载荷下断裂于焊缝区域.采用名义应变法评价该焊接接头时,结果偏保守.由于局部应变法考虑了焊接接头的力学不均匀性,基于断裂微区的局部应变进行疲劳性能评价,发现采用局部应变法得到的焊接接头应变—寿命曲线与断裂微区焊缝的应变—寿命曲线一致.

基于纳米压痕技术的Ti2AlNb焊接接头力学性能

焊接热过程产生的组织及相变会改变材料的力学性能,使接头不同微区之间产生力学性能不均匀性,对接头的破坏行为有重要影响。为获得Ti 2AlNb基合金电子束焊接头不同区域的力学性能,采用纳米压痕技术,通过对压头压入材料表面过程的有限元模拟,建立了压痕响应与焊接接头材料本构关系参数之间的无量纲函数,构建了一种逆向获得材料微区弹塑性本构关系的新方法。基于该方法反演获得了Ti 2AlNb电子束焊接头不同微区的本构关系参数及其分布,分析了组织变化对接头微区性能的影响及接头的弱化区间。

硬夹层含平行裂纹的焊接接头断裂韧性试验研究

本文将高匹配焊缝或热影响区(HAZ)淬硬层中含纵向裂纹的焊接接头简化为硬夹层含平行裂纹的力学不均匀体模型.通过试验研究了力学不均匀性对接头断裂韧性和裂纹开裂角的影响.同时在试验中采用密(?)云纹方法,直观显示了裂纹面附近位移场的分布。

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

采用动、静态相结合的方法对不同厚度LF16型铝合金平板(δ=5.6mm)的焊接角变形试验表明以堆焊、开坡口焊两种形式进行自动TIG焊时。

密集颗粒体系的颗粒运动及结构测量技术

颗粒材料由大量粗颗粒堆积形成,是复杂的多体相互作用体系,呈现出颗粒尺度的结构不均匀和动力学不均匀性的基本特征,这决定了颗粒材料具有很多独特的宏观性质.借鉴学科历史的发展途径,基于统计力学,从颗粒结构和动力学开始建立颗粒材料体系的宏观连续介质力学理论框架是必然途径.但是,颗粒材料的基本特征决定了从基本理论到实验手段上,表征与建立颗粒材料结构与性能的相关性都极其困难.这是由于现有测试分析手段所描述的颗粒系统组织结构过于简单化,缺乏对颗粒结构和动力学的真正认识,从而制约了颗粒物质研究的发展.因此,开展颗粒体系结构和动力学性质的测量,是理解和认识颗粒材料重要物理和力学问题的基础和依据.笔者来自不同的科研院所,近十年来开展了颗粒体系结构和动力学性质的测量研究,主要集中于以下两个方向:(1)数字图像测速法、散斑能见度光谱法和X射线-CT等非侵入式测量技术在颗粒运动方面的应用;(2)体积响应谱、力学谱(有效质量和内耗等)和声速测量技术等直接或间接测量颗粒接触力和颗粒结构技术.本文综述了这些实验手段的基本原理及其特点、取得的主要成果,以及国际最新进展和困难.最后是对全文的总结,结合笔者开展测量的经验和教训,提出了自己的看法,并试图展望颗粒材料测量技术研究的前景.

发动机热端部件电子束焊修复接头的高温疲劳裂纹扩展行为

研究了力学不均匀性对电子束焊接修复接头疲劳裂纹扩展行为的影响规律。结果表明：由于力学不均匀性的影响，位于修复接头焊缝和热影响区的疲劳裂纹向母材偏转扩展；力学不均匀性与裂纹偏转导致裂纹扩展的驱动力下降，使得焊接区的表观疲劳裂纹扩展速率低于母材。

焊接接头母材区断裂韧度COD特征值研究

采用三点弯曲试样对ＡＰＩＸ５２管线钢焊接接头母材金属区断裂韧度ＣＯＤ特征值进行了测试研究。研究结果表明，焊缝金属的力学性能对母材金属的起裂韧度、裂纹扩展阻力、撕裂模量及延伸区宽度有很大的影响，其影响程度取决于裂纹离焊缝的距离，离焊缝愈近，影响愈大；裂纹尖端的延伸区宽度和起裂韧度具有良好的线性关系。

焊接接头材料连续变化下的裂尖力学性能分析

本文以核电管道中压水堆一回路安全端焊接接头为例，借助有限元分析软件ABAQUS对焊接接头力学性能不均匀性表征方式对裂尖力学参量的影响进行了计算分析。结果表明，利用连续变化材料力学表达方法能比较准确地反映出焊接接头不同区域断裂力学参量的变化。这种方法为进一步精确分析含裂纹焊接接头断裂问题提供了依据。