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SA508-3钢厚壁圆筒纵焊温度场及应力场有限元分析陈重毅;麻永林;邢淑清;迟露鑫【摘要】基于ANSYS有限元分析软件建立了SA508-3钢厚壁圆筒多层多道焊接有限元模型.在此基础之上,以体生热率热源作为焊接热源模型得到了多层多道焊接温度场结果；通过热-结构间接耦合法,得到了焊接应力场结果.模拟计算结果表明,以体生热率热模型作为焊接热源,温度场分布和应力场分布基本符合实际焊接情况；多层多道焊接对焊接构件厚度方向上的残余应力影响较大,该方向在焊缝稳定区产生的最大残余应力为100 MPa；焊缝稳定区残余应力分布有规律,从焊缝到母材,残余应力不断减小；焊缝两端过渡区的残余应力分布较为复杂；焊接构件的焊缝和熔合区的等效应力最大,最大等效应力为490 MPa.【期刊名称】《内蒙古科技大学学报》【年(卷),期】2011(030)002【总页数】5页(P163-166,185)【关键词】SA508-Ⅲ钢;多层多道焊接;单元生死技术;焊接温度场;焊接应力场【作者】陈重毅;麻永林;邢淑清;迟露鑫【作者单位】内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010;内蒙古科技大学材料与冶金学院,内蒙古包头014010【正文语种】中文【中图分类】TG457.11核压力容器材料SA508-3钢广泛用于核反应堆压力容器的制造，适用于制造压力容器筒体、顶盖、法兰、封头等，在核电站中还应用于蒸汽发生器压力壳、稳压器压力壳和主泵压力壳等部件［1］.由于核压力容器使用的特殊性，不但要求基体材料的物理及力学性能满足核设施制造的要求［2］，而且更要求其焊接接头的性能满足此方面的要求.在诸多影响材料性能的因素中，焊接残余应力的影响显得尤为重要.焊接残余应力不仅影响焊接接头的抗疲劳性能，还有可能产生细小的微裂纹，这些不确定的因素将大大影响压力容器的使用安全和使用寿命［3］.所以，研究核压力容器材料的焊接性和焊后残余应力的大小就尤为重要.在本文中，基于ANSYS有限元分析软件建立了SA508-3钢厚壁圆筒多层多道焊接有限元模型.对焊接温度场和应力场进行了有限元计算，得到了在一定焊接参数下的焊接温度场和应力场，为实际SA508-3钢的焊接提供了一定的参考依据.对均匀、各向同性的连续介质，其材料特征与温度无关时，在能量守恒的基础上，可以得到热传导微分方程为［4］:式中，T为温度;λ为材料的热传导系数;t为过程进行的时间;C为材料的质量比热容;ρ为材料的密度; Q为单位体积输出或消耗的热能.焊接应力场弹塑性变形的根本原因是由于温度场的存在，焊接残余应力的本质是由于在焊接过程中产生了不可恢复的塑性变形，因此应力场的本构关系为［5］:式中，{dσ}为应力增量;{dε}为应变增量;d T为温度增量;［D］为弹性或弹塑性矩阵;{c}为与温度有关的量.材料选用SA508-3钢，图1为SA508-3钢焊接有限元模型，模型参数如表1所示，焊接工艺见表2.焊接过程温度场分析选取了焊接第六道次来进行详细分析.图2为第六道次不同时间点的温度云图和等值线图.图2(a)，(b)为第六道次焊接过程中10和20 s时的温度云图，从图2可以看出，此时的温度分布已经达到了准稳态阶段，温度场的分布是有规律地向焊接方向移动，直至焊接结束［6］.焊接热源中心最高温度为1 352℃.由于焊接热源后方是热源经过的区域，所以热源前方温度下降最为剧烈，而在热源后方则较为缓慢，热源两边为中等梯度.图2(c)为焊接第六道次25 s时的温度云图，从图中可以看到，焊接热源已经移动到了焊缝末端，在焊接收弧的时候，焊接温度迅速升高，到达了1 400℃.图2(d)为焊接第六道次结束后冷却50 s后的温度场云图，从图中可以看到，随着冷却的进行焊接接头的温度分布向母材扩展，温度值缓慢下降，冷却50 s后，焊缝的温度梯度较大，且温度最高.选取了Z=－0.13 m截面处焊缝区节点一个、熔合区节点1个和热影响区节点4个，共选取节点6个.节点选取如图3所示，它们的节点编号为:A-3386，B-3482，C-10570，D-17764，E-17372，F-11748.从布置中可以看出，它们距离焊缝距离是不断变大的.图4为节点B-3482的热循环曲线图.从图4可以看出，节点B位于焊接接头的熔合区，焊接的第一道次由于远离热源，当热源移动到该节点区域时的最高温度为610℃，之后，随着热源的远离，焊接温度迅速降低到500℃，经过400 s的冷却，节点温度缓慢降低到150℃;第二道次和第三道次距离该节点较近，当热源接近该节点所在区域时，该节点的温度从150℃迅速上升到1 150和850℃.随着焊接道次的增加，热源远离该节点区域，之后该节点的最高温度逐步下降，从1 150℃降低到280℃.焊接结束后，冷却开始，之后节点温度缓慢冷却，温度趋于平缓，冷却到3 000 s时的温度为120℃.图5为焊接第三道次过程中各节点的热循环曲线，从图5可以看到，熔合区B节点的温度最高，其次为焊缝处节点A;再次为热影响区的C节点.之后，其他节点温度随距离的增大而越来越小.B节点升温速率为336℃/s，冷却速率为40℃/s.在相变点(700℃)以上停留的时间为2 s.最高温度为840℃.A节点升温速率为186℃/s，冷却速率为30℃/s.无相变点(700℃)以上停留时间.最高温度为680℃.其他节点的加热速率和冷却速率很小，无相变点以上停留时间，最高温度没有超过350℃.该部分的内容是通过建立路径，分析焊件冷却到室温下焊接接头各方向上的残余应力分布情况，得出焊接中央处焊接接头的残余应力分布规律.所建路径共有3条，路径1，2，3位于焊接接头截面Z=－0.12 m处，所建路径如图6所示.从图7中可以明显看出，3条路径呈现出了不同应力变化，表明了焊接接头不同区域的应力分布.由于焊缝不是关于焊缝中心左右对称，所以焊接残余应力也不是关于焊缝中心对称.呈现了类似对称的曲线;路径1的横向残余应力变化比较剧烈.路径1整个焊缝处的横向残余应力为压应力，最大压应力为300 MPa，熔合区和热影响区的横向残余应力为拉应力，最大拉应力为150 MPa;路径2和路径3焊缝处的横向残余应力均为拉应力，其中内表面处的焊缝横向残余应力最大，达到230 MPa;路径2在熔合区出现了压应力，热影响区为拉应力;路径3从熔合区到热影响区都为拉应力.路径3的应力分布与平板对接焊相似，而路径1和路径2的应力分布取决于圆筒的厚度和焊接层数.此模型为多层多道焊接，所以呈现的应力分布不同于薄壁圆筒纵焊.图8为Y方向残余应力曲线图.Y方向的残余应力是沿壁厚方向上的残余应力.由于焊接对厚度方向的影响较小，在工程中很少考虑，但是当焊接厚度较大时，出现多层多道焊接时，厚度方向的残余应力就变的不容忽视了.从图8可以看出，路径1和路径2应力变化比较小，最大拉应力为30 MPa，最大压应力60 MPa，焊缝和熔合区的应力变化较为剧烈，热影响区和母材的应力变化很小;路径3位于截面的中央，应力变化剧烈，最大拉应力为65 MPa，最大压应力为110 MPa.图9为Z方向残余应力曲线图.从图9可以看出，由于焊缝冷却，Z方向发生收缩，引起焊缝Z方向残余应力;Z方向残余应力的最大值出现在了焊缝中心线上.在焊缝处，路径1的应力值较小，路径2和路径3的应力都处在较高的水平;在熔合区，3条路径的应力为拉应力，远离焊缝的热影响区的应力为压应力.(1)通过模拟计算结果分析得到了厚壁圆筒多层多道焊接温度场分布规律;其中，位于第二焊道的A节点在430～550 s内的升温速率为353℃/s，冷速为68℃/s;在相变点(750℃)以上停留的时间为4 s;最高温度为1 210℃.(2)得到了厚壁圆筒多层多道焊接应力场分布规律;多层多道焊接对焊接构件Y方向(厚度方向)上的残余应力影响较大，该方向在焊缝稳定区产生的最大残余应力为100 MPa;焊缝稳定区残余应力分布有规律，从焊缝到母材，残余应力不断减小;焊缝两端过渡区的残余应力分布较为复杂;焊接构件的焊缝和熔合区的等效应力最大，等效应力为490 MPa.【相关文献】［1］宋忠臣，刘恩清，田洪波.国产SA508-Ⅲ钢焊接性试验研究［J］.压力容器，1995，12(2):35-39.［2］郭守仁.核反应堆材料手册［M］.北京:原子能出版社，1987.1-44.［3］冯德诚.核压力容器材料国产化的可行性评述［J］.核动力工程，1989，10(3):7-11.［4］张文钺.焊接传热学［M］.北京:机械工业出版社，1989.1-142.［5］佘昌莲.焊接结构的残余应力研究［D］.武汉:武汉理工大学，2006.［6］武传松.焊接热过程数值分析［M］.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社，1990.1-54.。
科技信息２００８年第３期ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ焊接温度场的准确计算或测量，是焊接冶金分析和焊接应力、应变热弹塑性动态分析的前提。
关于焊接热过程的分析，苏联科学院的助Ｒｙｋａｌｉｎ院士对焊接过程传热问题进行了系统的研究，建立了焊接传热学的理论基础。
为了求热传导微分方程的解，他把焊接热源简化为点、线、面三种形式的理想热源，且不考虑材料热物理性质随温度的变化以及有限尺寸对解的影响。
实际上焊接过程中除了包含由于温度变化和高温引起的材料热物理性能和变化而导致传热过程严重的非线性外，还涉及到金属的熔化、凝固以及液固相传热等复杂现象，因此是非常复杂的。
由于这些假定不符合焊接的实际情况，因此所得到的解与实际测定有一定的偏差，尤其是在焊接熔池附近的区域，误差很大，而这里又恰恰是研究者最为关心的部位。
Ａｄａｍｅｓ、木原博和稻埂道夫等人根据热传导微分方程，以大量的实验为基础，积累了不同材料、不同厚度、不同焊接线能量以及不同预热温度等测量数据，然后从传热理论的有关规律出发，经过整理、归纳和验证，最后建立了不同情况下的焊接传热公式。
这种方法比前者采用数学解析法要准确，但实验的工作量很大，有确定的应用条件和范围，且可靠性取决于测试手段的精度。
１９６６年Ｗｉｌｓｏｎ和Ｎｉｃｋｅｌｌ首次把有限元法用于固体热传导的分析计算中。
７０年代，有限元法才逐渐在焊接温度场的分析计算中使用。
１９７５年，加拿大的Ｐｏｌｅｙ和Ｈｉｂｂｅｒｔ在发表的文章中，介绍了利用有限元法研究焊接温度场的工作，编制了可以分析非矩形截面以及常见的单层、双层Ｕ，Ｖ型坡口的焊接温度场计算程序，证实了有限元法研究焊接温度场的可行性。
之后国内外众多学者进行了这方面的研究工作。
Ｋｒｕｔｚ在１９７６年的博士论文中专门研究了利用焊接温度场预测接头强度问题，其中分析了非线性温度场，在二维分析模型中，假定电弧运动速度比材料热扩散率高，因此传到电弧前面的热量输出量相对比较小，从而忽略了在电弧运动方向的传热，这实际上与Ｒｙｋａｌｉｎ高速移动热源公式的处理方法是一致的。
第10卷 第7期 中 国 水 运 Vol.10 No.7 2010年 7月 China Water Transport July 2010收稿日期：2010-04-24作者简介：孙 盼（1986-），女，武汉理工大学在读硕士，主要从事焊接工艺和焊接材料的研究。
Q235钢焊接温度场的数值模拟孙 盼，李 文，姬庆玲（武汉理工大学 材料科学与工程学院，湖北 武汉 430070）摘 要：文中应用ANSYS 有限元分析软件，对薄板Q235焊接温度场进行了数值模拟，采用了ANSYS 焊接仿真中高斯热源的一般加载算法：基于表参数的整面热流密度加载，得到了Q235的焊接温度场及特定节点的热循环曲线，与焊接实际生产条件相符。
关键词：有限元分析；高斯热源；温度场；数值模拟中图分类号：TG457.1 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2010）07-0235-02一、引言焊接是一个涉及多学科的复杂的物理—化学过程，单凭积累工艺试验数据来深入了解和控制焊接过程则既不切实际又成本昂贵和费时费力。
随着计算机技术的发展，通过计算机软件来模拟焊接过程以获得焊接过程已成为解决现代工程学问题必不可少的有力工具。
采用ANSYS 进行焊接温度场的模拟时，需要解决的问题之一就是热源加载形式和热源分布函数的确定，对于CO 2气体保护焊，可不考虑电弧吹力和熔池流体传热特征，采用高斯分布的表面热源就可得到较满意的结果。
二、建模与分析 1．有限元模型有限元模型如图1所示。
焊板尺寸：120mm×60mm× 6mm。
考虑到焊接时温度随时间和空间急剧变化，焊接热源附近温度梯度很大，所以采用三维热实体八节点六面体单元SOLID70，在焊缝及附近采用细分的网格，而在远离焊缝处用较粗大的网格。
这样划分，既可以保证计算精度，又可以提高运算速度。
图1 有限元模型2．高斯热源模型有关实验研究表明，高斯热源模型能够表征焊接电弧的热流分布特征。
《化工设备与管道》w w w .t c e d .c o m第46卷第3期2009年6月化 工 设 备 与 管 道PROCE S S EQUIPME NT &PIPIN G Vol.46 No.3J un.2009压力容器筒体与平封头多级焊缝残余应力数值模拟张祥, 曾涛(四川理工学院机械工程学院, 四川自贡 643000)摘 要:采用有限元软件AN S YS 中生死单元技术对压力容器筒体与平封头单面焊焊接过程进行数值模拟,得出焊缝焊接残余应力、温度场及位移场的分布情况。
经过分析可以得出:在焊缝区及熔合区温度极高;远离焊缝,温度峰值急剧下降。
在熔合区焊接残余应力达最大值;焊根处残余应力较小;在热影响区,沿焊缝方向多为拉应力,垂直焊缝方向多为压应力。
关键词:压力容器; 生死单元; 残余应力中图分类号:T Q 050.3文献标识码:A文章编号:1009-3281(2009)03-0007-03Nu me ric al Im it ation o f Res idu al S tre ss in We ld betwe enCylinder and Flat Head of Press ure Ve ss elZHANG Xiang, ZENG Tao(Dep t.of Mechanical Engineering,S ichuan U niversity of S cience &Engineering,Zigong 643000,China)Abs tract : The finit e-elem ent a na ly sis m ethod a nd it s birt h-dea d t echnique were used to sim ula te t he w elding process of t he pres sure v ess el cy linder and pla te dom e.The dis tributions of residua l stres ses in w eld zone,t em pera ture field a nd displa cem ent field were ob-ta ined.It w as shown that the tem perat ure in weld zone and m elting zone w as ext rem ely high,but,it w ill be sha rply drop in t he area fa r a wa y from weld.The residual s tress in m elting zone reached hig hest va lue,and it ha d relat iv e s m all value at w elding toe.In t he heat a ffecting area,along the direction of weld,t he st ress wa s t ensile.However,along the norm al of w eld,the stress w as com pressiv e.Keywords: pressure;birt h-dead elem ent;residua l stres s收稿日期:2008-11-28作者简介:张祥(1984—),男,湖北黄冈人,在读研究生。
实验1 内压薄壁容器的应力测定实验一、 实验目的：1．了解薄壁容器在内压作用下筒体的应力分布情况；验证薄壁容器筒体应力计算的理论公式。
2．熟悉和掌握电阻应变片粘贴技术的操作方法和步骤。
3．掌握使用应变数据采集测量仪器测量应力变化的原理和操作方法。
二、实验原理 1．理论计算根据薄壁壳体的无力矩理论可以求得受内压的薄壁容器筒体部分的应力值： 经向应力（轴向应力） tt D p i 4)(+=ϕσ （1-1）环向应力（周向应力） tt D p i 2)(+=θσ (1-2) 式中：p —容器所受内压力（MPa ）i D －容器内直径（mm ）t －容器壁厚（mm ） ϕσ－经向应力θσ－环向应力2．实验测定：（1）应力测定的基本原理：薄壁容器受内压后，器壁各点均处于两向受力状态，当其变形在弹性范围以内，容器壁各点的应力应变符合虎克定律，即：)(12t x x Eμεεμσ+-=(1-3) )(12x t t Eμεεμσ+-=(1-4)故只要测得容器壁的径向应变和环向应变，即可根据虎克定律求得x σ和t σ。
（2）用电阻应力仪测量应变的原理：电阻应变测量法是测定压力容器筒壁应变的常用方法之一。
其测量装置由三部分组成：即电阻应变片，连接导线和电阻应变仪。
常用的电阻应变片是很细的金属电阻丝粘于绝缘的薄纸上而成。
见图一所示，将此电阻片用特殊的胶合剂贴在容器壁欲测之部位。
当容器受内压作用发生变形时，电阻丝随之而变形。
电阻丝长度及截面的改变引起其电阻值的相应改变，则可以用电阻应变仪测出电阻的改变，再换算成应变，直接由应变仪上读出。
电阻丝的应变与电阻的改变有如下的关系：llK R R ∆=∆ 式中：RR∆—电阻丝单位电阻改变 ll∆—电阻丝单位长度改变（如电阻片与器壁完全一起变形，即无器壁之应变。
） K —灵敏系数，与电阻丝的物理性质有关，对于一定的电阻片而言，K 为常数。
由于电阻丝的电阻R 和K 值对于一定的电阻片为一已知值，故只要测得ΔR （电阻丝电阻改变）就可以求出ε值。
第34卷第6期STRUCTURE & ENVIRONMENT ENGINEERING V ol.34, No.6高温下薄壁圆筒拉伸试样的应力－应变关系研究朱振涛侯乃先岳珠峰温志勋李磊（西北工业大学工程力学系，西安 710072）摘要：采用试验和有限元相结合的方法对不同温度下薄壁圆筒拉伸试样的颈缩问题进行了研究。
试验结果表明，薄壁圆筒试样颈缩时，其内外径均有变化，并且外径的变化比内径的变化要大。
采用有限元法对薄壁圆管拉伸试件进行应力应变分析，对最小颈缩面上的应力分布的分析表明：沿着薄壁圆筒的内壁到外壁的径向方向，应力呈减小的趋势，这与试验中薄壁圆筒首先从内壁开始破坏的结果是相符合的。
比较试验所得的不同温度下的拉伸曲线与采用计算机模拟的方法得到不同温度下的应力应变关系，二者符合性较好，得出了试样在特定温度下的真实应力－应变曲线。
关键词：薄壁圆筒；有限元；真实应力-应变曲线中图分类号：O344 文献标识码：A 文章编号：1006-3919(2007)06-0022-05On the study of stress-strain of thin-walled cylinder tensilespecimens at high temperatureZHU Zhen-tao HOU Nai-xian YUE Zhu-feng WEN Zhi-xun LI Lei (Department of Engineering Mechanics, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China) Abstract: The necking of the thin-walled cylinder specimens at different temperature have been studied for isotropic material using experimental and finite element (FE) methods. The result of the experiment shows that the inner radius and the outer radius are changing with the neck of the thin-walled cylinder specimen.And the change of the outer radius is larger than that of the inner radius. The FE method is introduced to analysis the stress distribution of the specimen. The FE result shows that stress is reducing along radius direction from inside to outside. It accords with the result of the experiment. And the FE simulation is carried out on necking of the thin-walled cylinder on the based of the experiment displacement-load curve furthermore. The simulation curve is obtained through FE method. We compare two curves and modify the differences between them until the two curves are as similar as possible. Then the true stress-strain curve of the thin-walled cylinder at different temperature is obtained.Key words: thin-walled cylinder; finite element; true stress-strain curve1 引言在圆棒拉伸试验中，一般的韧性材料在载荷达到材料的名义抗拉强度后，试件会发生颈缩收稿日期：2007-03-22；修回日期：2007-10-20作者简介：朱振涛(1981-)，男，硕士研究生，研究方向：宏细微观力学；(710072) 西北工业大学410信箱.现象。
薄壁圆筒平封头环焊缝的应力与变形专论?lM&P纯I矿物与加I1999年第7期79一乡薄壁圆筒平封头环焊缝的应力与变形季润东———一(连云港化工高等专科学校连云港222001)摘要通过对薄壁圆筒环向对接焊缝建立适当的力学模型.再利用柱壳近似计算方法.导出了薄壁圆筒平封头环阿焊鹱应力与变形的分折解答.关键词薄壁圆筒平封头环向焊缝应力与变形—一,一,一一)一对于薄板单道对接焊缝,可近似看成为用线热源一次焊成的焊缝.在不考虑施焊过程的时间效应,焊后的应力可认为是沿焊缝方向的单向应力状态.焊缝区的应力和变形是由于焊缝区在宽度为26内的塑性变形引起的.根据总应变量的面积相等及相对焊缝中心线的面积矩相等的原则,可将焊缝残余应变的实际分布简化成在2b宽度内为均匀分布的等效初始应变与此同时就有相应的初始应力.对于一般的结构钢.在大宽度平板对接焊缝中.通常取=e.因此也就有=对于薄壁圆筒,当其直径较大时.简体的环向对接焊缝就趋近于平板对接焊缝.如果设想宽度为26的环向焊缝区是与简体无任何联系的分离体,则其塑性收缩变形就不受任何约束,只产生径向收缩变形.=￡皿,无环向应力.这时,要使这样的分离体恢复到焊前状态,须在其内侧施加一个均匀的径向压力q,此时有环向应力=,即=t/n,其中才为简体壁厚,R为半径.而实际上这样的分离体是简体的焊缝区的一部分,其效果就如同该焊缝区26宽度内的外表面上作用有均匀的径向压力q一样. 且g=q=詈.如图1所示.如此简化的力学模型是与焊缝所引起的应力与变形是等效的.缱图1筒体环缝力学计算模型根据弹性力学的柱壳理论.在圆筒某一截面上受有沿环向的均匀分布载荷P时,其产生的径向位移w为:w(bⅫb)(1)式中;=o=一泊松比将(1)式用于图1所示的载荷上,则口引起的径向变形,可通过积分求得,如图2所示,得到: 在2b范围内的某一截面K上有=警[2一emn(6+)一')cos).(b一-r)](2)在2b范围以外的某一截面,上有=差[eZ(x-b)(z一e'cos).(+b)】(3)29?专论jM&P仡I矿耪与加I1999年第7期(a)(b)图2筒体位移积分分析图对于薄壁圆筒的平封头,在平板与简体封接处为环向焊缝,当该处焊缝为单道一次焊成时,就可借用上述分析结果,求得平封头环向焊缝所引起的应力与变形.一般封头平板要比简体的厚度大,连接处刚性较大.因而在简体与平板封头连接处可认为是刚性连接,则在简体的连接端就承受到剪力Q和弯矩A,如图3所示.根据轴对称的边缘载荷的解答:图3儒体的边缘载衙:[^Mo(一)一QoCOS,~X](4)由(2),(3)和(4)的结果.筒体连接端焊缝及其附近部位的挠度方程为:wKwK+w=—2~.3D【^JⅥ.(sin2x—cos2x)一Qoco~x]+差一",cos),(b㈦一(.cos),(b—)](5):+=[^(sin2x—cos~x)一Qocos~x]+差(-6)?n?一Pcos2(-r+b)J(右)对刚性固定端有x=0,w=0,=0,代入(5)式可求得:眠:一(1cos~b)(7):(1一6)(8)将(7),(8)式分别代入(5)和(6)式,就得到薄壁圆筒平封头环向焊缝所引起的径向位移: w:一豢(+c)(1一"6c6)+差【2_,co~(b川一a(bcos).(b—)](9)w,=一豢一㈠+州1一%os2b)+差m训-6)一【…c∞(+b)](10)根据柱壳轴对称弯曲问题,筒体横截面上的弯矩为一D,因此.由(9),(10)式可得MK:O.t(n一∞z)(1_rco~b)+【e-atg*X)sin+)+e(,)c0s(b—)](11)jOot(抽一∞z)(1-—c赫6)oot【e-h(z.1,)s以(+6)专论IM&P化I矿耪s加I1999年第7期一PsinA(—b)](20)由此可求得横截面上内外边缘的应力为==(sinAx—cos,~x)(1一e-~'cos.tb)[e-a(~,*X)sinA(6+)+P'cosA(6一)](13)一:i了i雨(sin)~c—co$3.x)(1一e6)±[e-a(~+b)sinA(¨6)一P(一sinA(—b)](14)当X≤b时,在筒壁中面上的环向应力为咖:一,其中晰=E警,这是由于筒体产生径向变形而释放的应力,因而K截面上内外边缘的环向应力为EWK6WK啉一]广一譬paxK).一]LJ当X>b时,r截面上内外边缘环向应力为:脚(16).eI!x】\b由(13)和(15)式,简体封头端(x:O)的纵向应力和环向应力分别为一而一e-(sinAb+3co~b)](17).一e-(sinAb+3cos;~b)](18)将(17),(18)式无量纲化并取其中的正号则有志一一P一(sinAb+3cosAb)](19)…cz(sin~b+3co~b)].2i34图4,与k的关系曲线%———百-ooR(I即m——————一图5,与R的关系曲线～——～aDt图6,与t的关系曲线————bO图7d,与b的关系曲线??3l专论jM&P讫I矿耪与加I1999年第7期由图4可看出和随k的变化规律,它们在1/<拍<//内有最大值.图5,6,7分别描述了和随简体尺寸(R,t)及焊接条件(b)的变化规律.综上所述,文章根据焊接应力变形理论,建立起适当的力学模型,再利用柱壳理论的计算方法, 对薄壁圆筒平封头环缝焊接所引起的应力与变形.进行了详细地分析推证,得出了定量的解析式.这在化工容器设备的设计制造中有较重要的参考作用.参考文献Ir?A?尼古拉也夫'焊接结构)交通大学焊接教研室译64.2棣芒编.弹性力学,第二版19823范钦珊.轴对称应力分析1985(收捣日期:[999—03—05) StressesandDeformationsofRing WeldtoFlatSealingHeadofThinWall'SRoundTubeJiRendong(Iianyungangcollegeolchemiea[Technology) AbstractThepaperl1seIupha㈣1modelofcLumfef- entlalbuttweldofthinwall'sroundtube.Ith雎glvequantitativean- swe[~.fstre群andde[ormatlonstofiatse~llngheadofthinwall's mundtube0ntheapproxi~tecalculationmethodot.umn~hell theory,KeywordsThinwall'sroundtube.F岫lsealinghead,Ring …IdStesanddefonⅢL(上接17页)根据现场工程地质调查,矿柱强度估算和矿柱应力实测结果综合分析,得出矿柱是处于稳定状态.1号,2号,3号矿柱的安垒系数分别为275,2.97和304.由此,可以得出矿柱处于稳定状态的可靠指标B为2.47～2.77.5结论(1)蒙特卡洛法求解可靠度与极限状态方程的类型和随机变量的分布类型无关.具有较强的灵活性.(2)考虑到矿柱中应力状态的复杂性,建立矿柱在多向应力状态下的极限状态方程是必要的.(3)柯尔莫哥洛夫法适用于小子样非参数假设检验.计算结果表明,矿柱应力分布函数服扶正态分布的假设.(4)矿柱处于稳定状态的可靠指标8为2.47～2.77.6参考文献l方再根计算机模拟和蒙特卡洛方法.北京:北京工业大学出?32皈社,1988.2刘体宇.矿柱强度估算及稳定性评价武汉工业大学I993,15(3):59～67.3昊世伟结掏可靠度分析北京:人民交通出版桂19904中In大学数学力学系概率论与数理统计(下册)北京:人民教育出版社,19805刘椿字矿柱结掏的可靠性设计武汉工业大学1998,20(1):54～56【收捣日期:1999—02—04)ReliabilityAnalysisofPillarLiuMuyuXuCangyou(WuhanUniversityofTechnologyJ AbstractThispaperanalysesthe~liabilityc】fpillarbyMonteCarto『【【hod.~tablishesthelimitstNtee【】ual10n0fpillarinthethree dimensions~esssbsandvthedistributionf~ctkms.fst…f pillarKolmogorovg..dof_litteaccordingtotheda【a0fmea.,,uredslrres$pillar.Thedlstrlbutlc~n[unctions0fssinpillar啦肿巾】distributionN()Ther~ultofc丑1u【哪showsthalrtheteliabilit~"indexofstabilitypillaris247～277 KeywordsM[ⅪIteCarloreelhnd,RelialiilliyPillar,Stahilityof pillar。
焊接温度场及残余应力测量方法总结一、焊接温度场测量方法多年来，基于物体的某些物理化学性质（例如，物体的几何尺寸、颜色、电导率、热电势和辐射强度等）与温度的关系，开发了形式多样的温度测量方法和装置，综合温度测量的现状，按测量方式可分为接触式和非接触式两大类。
1、接触式测温方法接触式测温方法的感温原件直接置于被测温度场或介质中，不受到黑度、热物理性参数等性质的影响，具有测温精度高、使用方便等优点。
但是对于瞬态脉动特性的对象，接触式测温方法难以作为真正的温度场测量手段。
主要是由于接触法得到的是某个局部位置的信号，如果要得到整个温度场的信号，必须在温度空间内进行合理的布点，才可以根据相应的方法（如插值法等）获得对温度场的近似。
常用的接触式测温方法有，电偶测温法。
热电偶是用两种不同的导体（或者半导体）组成的闭合回路，两端接点分别处于不同温度环境中，与当地达成热平衡时会产生热电势，标定后可用来测量温度。
理想的热电偶测温方法,是将参比端置于0℃的恒温槽中,通过测量2个不同导体A和B的热电动势,再查分度表反求出被测温度t。
由于让参比端保持0℃有时比较困难,实际应用中常常需要参比端恒温处理或温度补偿。
热电偶测温法有几个优点:精度比较高,因为热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响；测量范围大,通常可在-50~1600℃范围内连续测量；结构简单,使用方便。
但是,热电偶测温法也有一定的缺点:每次测量的点数有限(最多几个点),难以反映整个焊接温度场的情况;此外,金属的电阻和熔池中液体的流动会阻碍热传导,从而给热电偶的测量带来一定的误差。
2、非接触式测温法非接触测温法分为两大类：一类是通过测量介质的热力学性质参数，求解温度场（如声学法);另一类是通过高温介质的辐射特性，通过光学法来测量温度场。
非接触式测温方法由于测温元件不与被测介质接触，不会破坏被测介质的温度场和流场；同时，感温元件传热惯性很小，因此可用于测量不稳定热力过程的温度。
SUPER304H和TP91钢异种钢焊接温度场和应力场数值模拟第一章引言材料、能源和信息是人类文明的三大支柱，材料是物质的基础，其中钢铁是材料最重要的组成部分，因此钢产量是衡量一个国家综合经济实力的重要指标之一，也是我国工业化进程中的支柱产业。
自我国改革开放以来，由于经济持续高速增长，拉动了钢铁工业的发展，使我国的钢产量近几年来出现了迅速增长。
从而使我国成为世界上头号钢铁生产大国，同时也成为世界最大的头号钢铁消费国f}l对比整个钢铁工业，不锈钢则是一个近十几年快速发展起来的新产业，从1992年开始，中国不锈钢需求量呈迅速增长态势;到2001年不锈钢在中国的表观消费量位居世界第一;到2006年我国不锈钢粗钢年产量己达530万t，跃居世界第一位;2007年不锈钢粗钢产量则突破700万t，占全球不锈钢产量的1/4，继续保持年产量世界第一;据有关专家预测，到2010年我国不锈钢粗钢年产量和表观消费量都将突破1000万t}2_5}。
但国产不锈钢的产量目前只能满足国内市场的50%-60%，许多高端不锈钢产品还主要依靠进口[fbl，随着国民经济的高速发展，我国对不锈钢的需求量越来越大，提高不锈钢的产量尤其是开发高端不锈钢产品，已成为我国钢铁产业的重要发展方向之一。
可以预计，随着不锈钢产业的发展，其在国民经济中的地位也将会更加突出。
在能源方面，我国的煤炭储存相对较为丰富，因此今后很长一段时间内火力发电仍是我国主要的发电方式，但我国人口众多，煤炭的人均占有量很低，同时环境污染问题受到广泛的关注，因此节能和环保是建设节约和谐型社会的一个重要组成部分。
1.1课题产生背景我国是一个以煤为主要一次能源的国家。
在电力工业中，中国电力企业联合会2007年统计，火电机组装机容量约为77%;水电约为21%;核电约占1.2%。
火电机组的发电量占总发电量的80%以上，其中燃煤电站占总发电量的76%所消耗的煤炭占煤炭总产量的34%，发电用煤占煤炭总产量的比例逐年上升，以煤炭为主的能源结构，在今后较长时期内不会有大的改变，更不可能减少煤炭的消耗量。
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哈尔滨工程大学硕士学位论文焊接温度场与应力场的数值分析姓名：夏培秀申请学位级别：硕士专业：固体力学指导教师：何蕴增 20050201摘要本文用有限元方法研究了温度场和热应力的分布规律。
模拟对象一是开有圆孔的无限大薄板，另一个是两张对接焊的钢板。
文中对开有圆孔的无限大薄板的研究，一是假设材料的机械性能不随温度变化的情况下，计算出了开有圆孔的无限大薄板的稳恒温度场和弹性热应力的解析解。
二是用有限元法对该薄板进行了两种情况下的计算，一种情况是假设材料的机械性能不随温度变化，另一种情况是材料的机械性能随温度变化。
最后将计算结果进行了对比，证明了有限元解的正确性，同时说明了材料的机械性能随温度变化对板中的径向热应力的影响很大。
本文在对两张钢板对接焊的焊接应力的研究中，首先建立了一种计算简化模型；其次用有限元法对钢板的焊接应力进行了计算，计算结果与文献相吻合，钢板在靠近焊缝的区域内出现了拉应力。
并从理论上分析了该结果的合理性。
焊接应力的存在，会直接影响到结构的承载能力，为了保证焊接结构的安全可靠，准确的推断焊接过程中的力学行为和焊接应力是十分重要的课题。
因此本文的研究成果对科学研究和工程设计都具有重要意义。
关键词：热传导；热应力；热应变；有限元法；对接焊钢板ＡＢＳＴＲＡＣＴＩｎｐｒｅｓｅｎｔｐａｐｅｒ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，ＳＯｔｈａｔｔｗｏｔｙｐｅｓｏｆｍｏｄｅｌｓｗｏｕｌｄｂｅｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｆｉｒｓｔｍｏｄｅｌ，ａｎｉｎｆｉｎｉｔｅｓｈｅｅｔｗｉｔｈａｃｉｒｃｕｌａｒｏｐｅｎｉｎｇ；ｓｅｃｏｎｄｏｎｅ，ｔｗｏｂｕｔｔ—ｗｅｌｄｅｄｓｔｅｅｌｂｏａｒｄｓ．Ｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｆｏｒｍｅｒｍｏｄｅｌ，ｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｓｔｅａｄｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｅｌａｓｔｉｃｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｗｅｒｅｇｉｖｅｎｗｉｔｈｔｈｅａｓｓｕｍｐｔｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｄｏｎｌｔｃｈａｎｇｅｗｉｔｈｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．ＡｌｓｏＦＥＭｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｗｏｃａｓｅｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｉｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｃａｓｅｄｏｎ。
反应堆压力容器内壁环形锻件焊接残余应力三维有限元数值模拟付强;罗英;谢国福;杨敏【期刊名称】《压力容器》【年(卷),期】2014(000)009【摘要】某新型反应堆压力容器内壁设计了环形锻件与筒体内壁焊接的环形焊接结构。
该种结构形式的焊缝首次在反应堆压力容器中出现，无成熟经验可以借鉴。
为了了解该种复杂结构形式及大厚度焊缝的焊接残余应力幅值及分布规律，基于ANSYS有限元分析软件，建立了反应堆压力容器内壁环形锻件多层多道焊接三维有限元模型。
在此基础上，以带状移动温度热源作为焊接热源模型计算出多层多道焊接的瞬态温度场结果，采用热-力间接耦合法，得到了焊接应力场计算结果。
模拟结果表明，焊缝区域环向应力从上表面到下表面分布趋势为拉应力-压应力-拉应力，呈现自平衡的分布形式。
根部焊道区域的环向应力为拉应力。
焊缝上轴向应力最大为300 MPa左右；焊缝上下表面径向应力较大，达到400～500 MPa左右；峰值等效应力出现在焊缝根部区域，幅值最大约700 MPa。
【总页数】8页(P28-35)【作者】付强;罗英;谢国福;杨敏【作者单位】中国核动力研究设计院核反应堆系统设计重点实验室，四川成都610041;中国核动力研究设计院核反应堆系统设计重点实验室，四川成都 610041;中国核动力研究设计院核反应堆系统设计重点实验室，四川成都 610041;中国核动力研究设计院核反应堆系统设计重点实验室，四川成都 610041【正文语种】中文【中图分类】TH142;TL351;O241.82【相关文献】1.SiO2f/SiO2复合材料与金属铌环形钎焊接头的残余应力数值模拟 [J], 郭绍庆;吴世彪;熊华平;陈波2.BT20钛合金电子束焊接残余应力三维有限元数值模拟 [J], 陈芙蓉;霍立兴;张玉凤;刘方军;陈刚3.双相不锈钢管道全位置焊接残余应力三维有限元数值模拟 [J], 金晓军;霍立兴;张玉凤;白秉仁;李晓崴;曹军4.焊后热处理对反应堆压力容器内环形件焊接残余应力的影响 [J], 孙少南;于敦吉;邱阳;董元元;陈旭5.汽轮机焊接转子接头残余应力研究五:低压转子锻件焊接修复及热处理后残余应力 [J], 蔡志鹏;李轶非;潘际銮;刘霞;乔尚飞;许晓进;沈红卫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
