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高强钢低匹配搭接接头的等承载能力设计

作　者: 程荣龙
导　师: 方洪渊
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 低匹配搭接接头等承载设计形状优化
分类号: TG404
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 26次
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内容摘要

高强钢的焊接存在冷裂纹、热影响区的脆化软化等问题，其中冷裂纹问题尤为严重。近年来，各国学者提出采用低匹配来焊接高强钢以提高抗裂性和塑韧性，但低匹配接头普遍存在承载能力不足的问题。搭接接头以其在焊前准备和装配上的优越性广泛应用于焊接结构中，然而搭接接头的应力应变集中问题非常严重，高强钢低匹配搭接接头的承载能力严重不足，提高低匹配搭接接头的承载能力显得尤为重要。为了提高低匹配搭接接头的承载能力，从焊接接头安全性角度出发，提出了低匹配搭接接头等承载能力设计思想，通过改变搭接接头的几何形状来调控应力应变分布，增大接头的承载能力，使接头的承载能力达到母材水平。以静载和疲劳性能作为研究对象，根据合于使用原则，以断裂模式作为等承载设计的评定标准，分析低匹配搭接接头等承载能力设计的原理及实现条件。针对双侧焊接的搭接接头，采用有限元方法计算焊根和焊趾处的应力集中系数，研究搭接长度、焊缝宽度、焊趾过渡半径等对应力集中系数的影响，建立应力集中系数与各几何参数的关系方程，结合等承载设计实现条件，给出高强钢低匹配搭接接头的等承载能力设计准则。按照等承载能力设计准则，得到特定匹配比下达到等承载所需的接头几何参数，通过机械加工得到所需的接头形状，试验结果表明，低匹配等承载接头拉伸试件均在母材断裂，属于全面屈服断裂模式；其疲劳试件在焊趾附近母材断裂，疲劳寿命明显高于等匹配普通接头。设计得到的低匹配搭接接头能很好的满足等承载能力要求。对已经得到的等承载接头，进一步优化焊缝整体形状，提出平台圆弧过渡和开坡口焊接两种优化方案。试验结果表明，优化的等承载接头静载能力达到母材水平，以全面屈服断裂模式在母材断裂；疲劳寿命相比普通等承载接头有所下降，但仍明显高于等匹配普通接头。等承载能力设计明显提高了高强钢低匹配搭接接头的承载能力，可以按照母材强度设计搭接结构，而不考虑低匹配的影响。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-19
  1.1 课题研究背景及其意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-18
    1.2.1 低合金高强钢及其焊接性  10-11
    1.2.2 高强钢焊接接头承载特点  11-12
    1.2.3 匹配比对焊接接头承载能力的影响  12-15
    1.2.4 角焊缝搭接接头应力分布  15-16
    1.2.5 形状优化设计研究现状  16-18
  1.3 课题的主要研究内容  18-19
第2章等承载设计原理及实现条件  19-25
  2.1 引言  19
  2.2 等承载设计原理  19-22
    2.2.1 合于使用原则  19
    2.2.2 接头的断裂模式  19-21
    2.2.3 等承载能力及设计原理  21-22
  2.3 等承载设计实现条件  22-24
    2.3.1 焊根处等承载实现条件  22-23
    2.3.2 焊趾处等承载实现条件  23-24
  2.4 本章小结  24-25
第3章低匹配搭接接头的等承载设计  25-41
  3.1 引言  25
  3.2 接头设计方案  25
  3.3 应力集中系数关系方程  25-37
    3.3.1 可行性分析  25-26
    3.3.2 有限元模型的建立  26-29
    3.3.3 有限元计算结果与分析  29-35
    3.3.4 应力集中系数关系方程  35-37
  3.4 搭接接头等承载设计  37-40
  3.5 本章小结  40-41
第4章低匹配搭接接头等承载设计试验研究  41-50
  4.1 引言  41
  4.2 试验材料及方法  41-43
    4.2.1 试验材料力学性能  41-42
    4.2.2 试验方法  42-43
  4.3 拉伸试验结果与分析  43-45
  4.4 疲劳实验结果与分析  45-48
    4.4.1 疲劳试验结果  45-47
    4.4.2 断口形貌  47-48
  4.5 本章小结  48-50
第5章等承载接头形状优化试验研究  50-57
  5.1 引言  50
  5.2 优化方案  50-51
  5.3 试验方法  51-52
  5.4 静载试验结果与分析  52-53
  5.5 疲劳试验结果与分析  53-56
    5.5.1 疲劳试验结果  53-55
    5.5.2 断口形貌  55-56
  5.6 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-64
致谢  64

高强钢低匹配搭接接头的等承载能力设计

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