摘要：高温焊接结构的蠕变裂纹扩展(Creep crack growth, CCG)是影响含缺陷焊接结构可靠性的重要因素。以P92钢焊接接头为对象,设计热影响区(Heat affected zone, HAZ)中心裂纹和HAZ/母材(Base metal, BM)界面裂纹模型的多种材料蠕变性能失配组合,研究蠕变性能不匹配对裂纹尖端拘束水平Q_(M)*以及CCG的影响机制。研究表明,对于HAZ中心裂纹,若周围的蠕变软材料受到裂尖的蠕变硬材料拘束,可能出现二次裂纹;若HAZ和BM的蠕变强度不变,增加焊缝(Weldingmetal,WM)的蠕变强度,仍会使BM的损伤增加。对于HAZ界面裂纹,若界面的蠕变软材料受到蠕变硬材料拘束,仍可能形成二次裂纹,但形成二次裂纹的倾向变弱。无论是HAZ中心裂纹还是界面裂纹,较窄的HAZ宽度会加剧失配效应。提出基于C*-Q_(M)*的材料蠕变性能失配下焊接接头CCG预测方法,并利用试验结果验证纳入拘束效应的CCG预测方法的准确性。该方法解决不同蠕变性能失配程度的焊接构件CCG速率的精准评估难题。

摘要：为了解决现有规范对深水浮体平台复杂焊接结构疲劳设计的适用性难题,攻克了多种复杂载荷下多油缸协同控制技术瓶颈,研制了国际首台套双轴拉压+双轴弯曲复合加载的结构级疲劳测试装置与拉压+弯曲复合加载的全板厚焊接节点疲劳测试装置,并建立了空气、海水自由腐蚀、阴极保护腐蚀等多种环境下标准试样的材料级疲劳性能测试方法,构建了多尺度、多环境、多荷载的“材料级-节点级-结构级”焊接结构疲劳测试试验平台,可为中国发展超深水浮体平台在南海复杂恶劣海洋环境下的疲劳设计验证提供有力支撑.

摘要：对高强结构钢Q420试样及具有2%预应变试样分别进行了不同温度下的拉伸试验和断裂韧性试验,测试了其力学性能和断裂韧性.试验结果表明,温度对结构钢的断裂韧性具有明显的作用,钢材的断裂韧性随着温度的降低显著减小,断裂方式也由延性断裂转变为脆性断裂;拉预应变因工作硬化提高了钢材的屈服强度与抗拉强度,而压预应变因包申格效应降低了钢材的屈服强度与抗拉强度,但两者都降低了钢材的塑性及断裂韧性,进一步增加了脆性断裂发生的可能性,而且压预应变对钢材断裂韧性的影响略大一些.为此,在重要工程设计、选材、安全分析及评定时,应充分考虑温度和预应变对结构断裂行为的影响.

摘要：油气管线无论是在安装还是在服役过程中,都会不可避免地产生大塑性应变(即预应变)。为了研究预应变对材料力学性能和断裂韧度的影响,对X80管线钢原材料和塑性变形材料分别进行不同温度下的拉伸试验和断裂韧度试验,并对试样断口形貌进行分析。试验结果表明,温度对管线钢的断裂韧度具有显著作用,钢材的断裂韧度随着温度的降低显著减小,断裂方式也由延性断裂转变为脆性断裂;拉伸预应变因工作硬化提高了钢材的屈服强度与抗拉强度,而压缩预应变因包申格效应降低了钢材的屈服强度与抗拉强度,但两者都降低了钢材的塑性及断裂韧度,进一步增加脆性断裂发生的概率。因此,在管道设计、选材、安全分析及评定时,应充分考虑温度和预应变对管线钢断裂行为的影响。

摘要：通过对TBCs/Q345涂层试样进行拉伸强度测试试验,并结合有限元模拟计算,对复应力强度因子K及J积分用于评定TBCs涂层界面断裂问题的可行性进行了分析.通过采用应力计算法计算涂层界面裂纹的复应力强度因子K,发现在裂纹尖端区域存在一个K主导的弹性区域,可以说明K因子有效,可用于评价脆性涂层的界面断裂问题;而通过有限元方法得到的J积分分布很不均匀,表明J积分不适于评价涂层的界面断裂问题.

摘要：为了适应当前新工科教育的需要,提高材料成型及控制工程专业实践教学质量,培养学生创新能力,以含缺陷焊接结构可靠性评价实训课程为研究对象,进行了材料成型及控制工程专业实践教学改革的探索。将当前教育领域的探究式教学理念、虚实融合方法及数字孪生技术方法融入材料成型及控制工程新工科实践教学改革,构建了基于“虚拟+数字孪生”环境的焊接结构裂纹扩展混合实践教学平台,将理论学习、虚拟仿真试验和实际“实验操作”结合一体;同时针对实际工程案例,学生独立自主设计试验方案,完成数据分析及应用,实现理论与实践的统一。利用此混合实践教学模式,解决了新工科项目式教学设计难题,有利于促进学生的自主学习,激发学生工程实践的探究兴趣,增强学生的实践动手能力和创新能力,从而有效提高实践教学效果。

摘要：针对传统数值模拟方法在预测大型焊接结构的焊接变形时耗时长或不能考虑焊接顺序的问题,提出了可以应用于大型焊接结构变形的新数值模拟法即弹塑性固有应变有限元法.同热弹塑性有限元法与弹性固有应变有限元法比较可知,提出的弹塑性固有应变有限元法通过引入参考温差和屈服强度,可以在快速获得大型构件焊接变形的同时,对焊接顺序与焊接变形之间的关系进行直接分析.为了验证所提出的弹塑性固有应变有限元法在预测焊接变形时的有效性,首先以同一低碳钢T型接头为研究对象,分别使用了热弹塑性有限元法、弹塑性固有应变有限元法开展T型接头焊接形变的预测研究,比较数值模拟计算结果证明了提出的弹塑性固有应变有限元法的结果准确性.然后运用该方法对港口机械门机的门架底座箱梁进行了目标为焊接变形最小化的焊接顺序规划,在这个过程中根据实际工作情况提前设计了6种焊接顺序方案,研究了不同焊接顺序对结构焊接变形的影响,优选出了焊接变形最小的焊接顺序方案,证明了弹塑性固有应变有限元法可以应用于快速预测不同焊接顺序下大型焊接结构的焊接变形,从而据此进行焊接顺序规划.模拟计算结果表明,首先焊接门架底座箱梁底板上的焊缝可以显著减小结构的焊接变形.

摘要：由于焊接接头各区域之间耐蚀性和力学性能的差异,在接头处容易发生局部腐蚀,严重威胁着管线的安全运行,需要对接头腐蚀行为进行预测.基于电偶腐蚀原理建立了碳钢焊接接头腐蚀的有限元模型,结合COMSOL软件,对三种温度下的接头腐蚀形貌进行了预测.并利用该模型研究了焊缝余高、焊缝与母材的面积比以及焊缝缺陷对焊缝金属腐蚀速率的影响规律.结果表明,该有限元模型不但能进行焊接接头腐蚀行为预测,而且可为输油气管道的焊接接头设计提供理论依据.

摘要：疲劳损伤是引起深水平台结构破坏的主要原因,针对海上常用钢EH36进行对接和T型焊接接头的疲劳寿命测试,证明接头形式是影响疲劳寿命的主要原因。同时焊接接头的疲劳寿命具有强烈的疲劳分散性,随着应力范围的降低,疲劳寿命的分散程度逐渐增大,T型焊接接头的疲劳分散程度大于对接焊接接头的。通过DIC对焊接接头疲劳行为进行监测,结果发现,T型焊接接头表现出了更大的应力集中程度和应力梯度效应,焊趾形貌和应力范围是影响焊接接头疲劳寿命分散程度的主要原因。在热点疲劳寿命评估中,0.4t~1.0t外推点表现出更为精准和有效的计算结果,但是热点应力具有一定的网格敏感性,疲劳设计时需要根据推荐的网格大小进行划分。

摘要：研究了Ti-6Al-4V(TC4)钛合金在不受轴向拉应力作用下的弯曲疲劳行为,设计了悬臂梁弯曲疲劳试验机对TC4钛合金进行弯曲疲劳试验,利用ABAQUS有限元模拟软件结合损伤模型模拟预测TC4钛合金的弯曲疲劳寿命.通过对TC4钛合金进行7种不同弯曲疲劳幅值下的试验与模拟,研究了TC4钛合金在弯曲疲劳过程中的应力分布与损伤断裂机理,利用扫描电子显微镜(SEM)分析了TC4钛合金的疲劳断口,研究了TC4钛合金在不同弯曲疲劳幅值下的断裂方式.结果表明:弯曲疲劳数值计算寿命与试验结果处于2倍分散带内,计算断裂位置与试验断裂位置均处于应力最大截面,偏离圆弧段中心截面1 mm处;弯曲疲劳裂纹萌生和扩展主要受应力控制,裂纹起源于上下表面应力最大处,并逐渐向试样中心发展,直至试样断裂;当弯曲幅值较小时,弯曲疲劳试样的疲劳断口上存在着大量的撕裂棱和二次裂纹,为明显的准解理断裂特征;当弯曲幅值进一步增大,材料内部变形提高,试样承受应力增加,疲劳断口上存在着明显的韧窝,试验转变为韧性断裂.