焊接残余应力的中子衍射测试技术、计算与调控

本书基于中子衍射应力测试科学平台和有限元分析软件，介绍焊接残余应力的中子衍射测试技术与有限元模拟方法。全书主要内容包括中子衍射残余应力测试装置、理论与方法，焊接残余应力的计算方法、强化模型与取样尺寸对残余应力的影响、残余应力在疲劳和高温环境下的演变规律、低温马氏体相变、焊接残余应力的调控理论及模拟手段、厚板焊接残余应力的有限元简化算法等。

序

前言

第1章 绪论 1

1.1 焊接残余应力的产生及影响 1

1.2 焊接残余应力的计算与测试 2

1.3 中子衍射测试技术及其应用 4

1.4 焊接残余应力的调控 6

参考文献 7

第2章 中子衍射测试技术 9

2.1 基本原理 10

2.2 中子衍射实验装置 12

2.3 实验方法 18

2.3.1 选择合适的衍射体积 18

2.3.2 放置样品 19

2.3.3 选择一个合适的反射面 20

2.3.4 无应力晶面间距d0的确定 22

2.4 测试误差的原因分析 24

2.4.1 部分填充的衍射体积 24

2.4.2 大晶粒效应 24

2.4.3 狭缝的错误使用 24

2.5 厚板残余应力测试 25

2.5.1 厚板残余应力测试的重要性 25

2.5.2 厚板残余应力测试的难点 25

2.5.3 厚板残余应力测试方法 26

2.5.4 80mm厚板焊接残余应力测试案例 29

参考文献 32

第3章 焊接残余应力计算有限元方法 34

3.1 温度场计算 34

3.1.1 焊接温度场数值模拟理论 34

3.1.2 典型热源模型及其选用 39

3.2 残余应力场计算 52

3.2.1 残余应力形成机理 52

3.2.2 焊接应力场热弹塑性基本理论 54

3.2.3 残余应力场的数值模拟——顺次耦合分析 56

3.2.4 塑性强化模型 57

3.3 焊接残余应力的有限元模拟 58

3.3.1 焊接残余应力的模拟方法 58

3.3.2 计算示例 61

参考文献 63

第4章 强化模型对残余应力计算精度的影响 66

4.1 强化模型 66

4.1.1 各向同性强化模型 66

4.1.2 随动强化模型 69

4.1.3 混合强化模型 71

4.2 有限元模型 72

4.2.1 几何模型及材料参数 72

4.2.2 结果分析 73

参考文献 78

第5章 焊接残余应力在工作环境中的演化 79

5.1 焊接残余应力在高温环境中的演化规律 79

5.1.1 高温蠕变现象 79

5.1.2 不锈钢板翅结构钎焊残余应力高温下的演化规律 80

5.2 焊接残余应力在循环载荷下的释放规律 85

5.2.1 概述 85

5.2.2 实验细节 86

5.2.3 有限元数值模型 88

5.2.4 释放规律分析 89

参考文献 98

第6章 低温马氏体相变对残余应力的影响 99

6.1 基于低温马氏体相变效应的残余应力调控原理 99

6.1.1 焊接过程的固态相变 99

6.1.2 焊接过程的固态相变效应 100

6.1.3 相变温度确定 101

6.1.4 相变过程分析 103

6.2 LTT焊丝焊接接头组织及性能表征 104

6.2.1 中子衍射测试 105

6.2.2 焊接过程中冶金力学行为的数值模拟 107

6.2.3 残余应力数值预测结果及分析验证 109

参考文献 114

第7章 残余应力测试取样尺寸的确定 116

7.1 纵向切割方案的确定 116

7.2 横向切割方案的确定 118

参考文献 123

第8章 厚板焊接残余应力的简化计算方法 125

8.1 二维内生热源简化算法 125

8.2 焊道集成法 126

8.3 可变长度热源简化算法 129

8.4 厚板焊接残余应力的简化公式 130

参考文献 132

第9章 焊接残余应力调控 133

9.1 水射流处理 133

9.1.1 水射流处理的原理与特点 133

9.1.2 水射流处理的分类 135

9.1.3 水射流处理的数值模拟 138

9.2 超声冲击处理 145

9.2.1 超声冲击处理的原理与特点 145

9.2.2 超声冲击处理的数值模拟 146

参考文献 148

第10章 工程案例 150

10.1 案例一：不锈钢复合板补焊残余应力分析 150

10.1.1 不锈钢复合板补焊残余应力的有限元分析与试验验证 150

10.1.2 结构和工艺参数对不锈钢复合板补焊残余应力的影响 154

10.2 案例二：半管夹套焊接部位残余应力分析 165

10.2.1 半管夹套焊接部位残余应力有限元分析 165

10.2.2 结构与工艺参数对半管夹套焊接部位残余应力的影响 167

10.3 案例三：螺旋焊管残余应力分析 173

10.3.1 螺旋焊管残余应力有限元分析与试验验证 173

10.3.2 结构与工艺参数对螺旋焊管残余应力的影响 178

10.4 大型EO反应器超厚管板拼焊残余应力与变形调控 189

10.4.1 超厚管板拼焊工艺 189

10.4.2 超厚管板拼焊残余应力有限元模型 191

10.4.3 结果与分析 193

10.4.4 结论 200

参考文献 200

附录 202

附录1 双椭球移动热源子程序 202

附录2 焊接残余应力的热弹塑性耦合计算 203

附录3 焊接残余应力在循环载荷下的释放子程序 211

附录4 低温马氏体相变对残余应力影响的数值模拟子程序 213 2100433B

书号：9787030612403

作者：蒋文春,涂善东,孙光爱

装帧：平装

开本：B5

页数：230

字数：287000

语种：zh-Hans

出版社：科学出版社

出版时间：2019-06-01

内容介绍

《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》针对工程技术人员和高校学生，深入浅出地用3根棒所构成的非常简单的1维力学模型说明焊接变形和残余应力的生成过程；同时对以固有应变为基础的残余应力、变形预测以及测定的基础理论进行简要的阐述。焊接变形和残余应力一直是困扰工程技术人员的一大难题。《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》配有可以体验计算焊接变形和残余应力的程序以及基本例题的CD。根据《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》的解说，可以在个人计算机上体验焊接温度、残余应力和变形计算。《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》还引用典型的计算实例介绍焊接变形和残余应力分析的方法和目的。CD中还收录了热弹塑性计算所需的各种材料的热物理、力学性能数据和基本理论。《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》是工程技术人员和高校学生学习和掌握焊接变形和残余应力基础知识的有力工具。

《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》的主要内容如下：

第1章 焊接力学的基础知识，即绪论，焊接力学的基础知识，残余应力和固有应变的生成机理。

第2章 固有应变法测量和预测残余应力的基础理论，即固有应变和生成应力的关系，2维及3维残余应力的测量方法，焊接残余应力的预测。

第3章 焊接力学模拟的基础，即焊接的温度场和应力场模拟的基础知识。

第4章 有限元法的基础知识，即问题的种类和基本计算式，变分原理，热弹塑性问题的分析实例。

第5章 关于《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》程序的问与答，即程序概要，焊接热传导程序heat2d．exe的问与答，热弹塑性的程序tepc2d．exe的问与答，固有应变法程序inhs2d．exe的问与答，子程序awsd．exe的问与答，计算例题数据。

第6章 有限元程序的焊接热传导、焊接变形及残余应力的体验计算，即焊接热传导heat2d．exe的体验计算，热弹塑性FEM程序tepc2d．exe的体验计算，固有应变FEM程序inhs2．exe．的体验计算，固有应变程序inhs2d．exe的残余应力的预测计算。

第7章 焊接应力及变形的各类问题和对策，即对接接头的冷裂纹和约束、减少疲劳裂纹的角焊缝焊接残余应力分析、多层焊接残余应力和焊接裂纹、极厚板多层对接接头的残余应力分析，防止管道接头的应力腐蚀的水冷式焊接，线状加热的变形预测、点焊接过程模拟、大型焊接结构的变形分析等计算实例。

第一章 残余应力的产生与分类

1.1 残余应力产生原理

1.2 残作应力产生原因

1.2.1 机械力产生的残余应力

1.2.2 热影响产生的残余应力

1.2.3 化学作用产生的残余应力

1.3 残作应力分类

第二章 焊接残余应力的产生与分布

2.1 焊接残应力

2.1.1 构件的焊接性

2.1.2 焊接残余应力

2.1.3 焊接残余应力场

2.1.4 焊接残余应力的分类

2.2 焊接温度场

2.2.1 焊接热过程的特点

本书既注重理论基础，又结合生产实际，是研究焊接残余应力问题很有价值的参考书。

本书适用于相关专业工程技术人员、研究人员和大专院校师生。