安全端焊接残余应力对裂纹尖端力学参量的影响.pdf

第３８卷　第３期 西 安 科 技 大 学 学 报 Ｖｏｌ．３８　Ｎｏ３ ２０１８年０５月 ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＸＩ’ＡＮＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹＯＦＳＣＩＥＮＣＥＡＮＤＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｍａｙ２０１８ 　　　　ＤＯＩ：１０．１３８００／ｊ．ｃｎｋｉ．ｘａｋｊｄｘｘｂ．２０１８．０３１９文章编号：１６７２－９３１５（２０１８）０３－０４７９－０５ 安全端焊接残余应力对裂纹尖端力学参量的影响 １，２ １ １ 郭　瑞 ，薛　河 ，崔英浩 （１．西安科技大学 机械工程学院，陕西 西安７１００５４；２．布鲁内尔大学 工程设计与自然科学学院，英国伦敦 ＵＢ８３ＰＨ） 摘　要：焊接残余应力是导致核电一回路安全端异种金属焊接接头引导力腐蚀开裂（ＳＣＣ）的主 要因素之一，同时焊接接头区域材料力学性能不均匀性使得ＳＣＣ裂纹尖端力学场分析变得更为 复杂。为了了解核电一回路压力容器安全端异种焊接结构中残余应力对裂纹尖端力学参量的 影响，本文通过有限元手段分别利用预定义温度场法和导入预应力法对核电一回路安全端焊接 接头中的残余应力分布进行模拟，并计算分析了焊接残余应力作用对安全端焊接接头中ＳＣＣ裂 纹尖端主要力学参量的影响。研究表明，导入预应力法是较理想的焊接接头残余应力场模拟方 法；裂尖应力、应变以及Ｊ积分均与残余应力的分布规律有很大的关联性；当裂纹长度小于管壁 厚度的三分之一时，裂尖应力应变和断裂参量随裂纹长度增加而增大，之后趋于平稳；当裂纹长 度接近３０ｍｍ时裂尖法向应力由正变负，裂尖应力应变随裂纹长度的增大而减小，有可能造成 ＳＣＣ裂纹扩展停滞。研究结果为日后定量预测安全端ＳＣＣ裂纹扩展历程奠定了一定的理论 基础。 关键词：机械工程；结构完整性；数值模拟试验；应力腐蚀开裂；焊接残余应力 中图分类号：Ｏ３４６．１　　　文献标志码：Ａ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｉｎｓａｆｅｔｙｅｎｄｏｎ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｔｃｒａｃｋｔｉｐ １，２ １ １ ＧＵＯＲｕｉ ，ＸＵＥＨｅ，ＣＵＩＹｉｎｇｈａｏ （１．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｘｉ’ａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００５４，Ｃｈｉｎａ； ２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤｅｓｉｇｎａｎｄＰｈｙｓｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，ＢｒｕｎｅｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｌｏｎｄｏｎ，ＵＢ８３ＰＨ，ＵｎｉｔｅｄＫｉｎｇｄｏｍ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｗｅｌｄｉｎｇｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓｔｈａｔｌｅａｄｔｏｔｈｅＳｔｒｅｓｓＣｏｒｒｏｓｉｏｎＣｒａｃｋ ｉｎｇ（ＳＣＣ）ｉｎｄｉｓｓｉｍｉｌａｒｍｅｔａｌｗｅｌｄｅｄｊｏｉｎｔｓｉｎｔｈｅｓａｆｅｔｙｅｎｄｏｆｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｐｌａｎｔｓ．Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅＳＣＣｃｒａｃｋｔｉｐｂｅｃｏｍｅｍｏｒｅｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｄｕｅｔｏｔｈｅｈｅｔｅｒｏｇｅｎｅｉｔｙｏｆｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｗｅｌｄｅｄｊｏｉｎｔ．Ｔｏｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｎｔｈｅｃｒａｃｋ ｔｉｐｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｉｎｔｈｅｄｉｓｓｉｍｉｌａｒｗｅｌｄｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｓａｆｅｔｙｅｎｄｏｆａｎｕｃｌｅａｒｐｏｗｅｒｃｉｒｃｕｉｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅｖｅｓｓｅｌ，ｔｈｅｐｒｅｄｅｆｉｎｅｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｕｓｅｄｉ