壓力容器焊接應(yīng)力與工作應(yīng)力耦合的數(shù)值模擬.pdf

1、壓力容器接頭中焊接殘余應(yīng)力的存在嚴(yán)重威脅結(jié)構(gòu)使用的安全性，在長期使用下易引起接頭產(chǎn)生疲勞裂紋擴(kuò)展與早期斷裂失效，造成重大惡性事故。
　　本文利用ANSYS大型有限元軟件對Ⅱ類壓力容器冷凝罐主體焊接接頭的焊接溫度場、應(yīng)力場和殘余應(yīng)力場進(jìn)行了三維有限元模擬。文中首先討論了逐步激活焊縫單元的生死單元方法和逐層激活焊縫單元的生死單元方法對焊接應(yīng)力分析的影響，并通過實(shí)驗(yàn)檢測對這兩種方法模擬的結(jié)果進(jìn)行了對比。結(jié)果表明采用逐步激活的生死單元方法

2、優(yōu)于逐層激活的方法。
　　采用逐步激活的生死單元法，對冷凝罐中筒節(jié)與封頭連接的環(huán)縫接頭、筒節(jié)縱縫接頭、筒節(jié)與接管連接的馬鞍形接頭三類主體焊縫的焊接過程進(jìn)行了模擬，其中針對馬鞍形焊縫空間軌跡的特殊性編寫了沿該軌跡移動的熱源方程，滿足了筒節(jié)與接管接頭的三維動態(tài)溫度場、瞬時(shí)應(yīng)力場和殘余應(yīng)力場分析的需求。之后對三類接頭模型繼續(xù)施加內(nèi)壓工作載荷，分析并比較了接頭中的應(yīng)力變化。
　　從溫度場模擬的結(jié)果可知，焊接溫度場首、尾端存在一定長度

3、的過渡段，過渡段的溫度分布主要與模型的對稱簡化處理方法有關(guān)，對后續(xù)該部位的應(yīng)力分布結(jié)果具有一定程度的影響。
　　從應(yīng)力場模擬的結(jié)果可知，在焊接過程中，熔池前方的金屬主要受到壓應(yīng)力的作用，后方主要受拉應(yīng)力作用，而熔池中的應(yīng)力最低。冷卻后環(huán)縫與縱縫接頭中的焊接殘余應(yīng)力主要集中在焊縫區(qū)和熱影響區(qū)。環(huán)縫接頭中的周向與軸向應(yīng)力峰值位于內(nèi)層焊道中?？v縫接頭中的周向應(yīng)力峰值位于外層焊道中，軸向應(yīng)力峰值位于內(nèi)層焊道中。兩類接頭中焊接殘余應(yīng)力分布的