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1 绪论1

1.1 概述1

1.2 国内外研究现状1

1.2.1 残余应力对焊接结构力学性能的影响1

1.2.2 水下耐压结构焊接残余应力及对疲劳强度的影响6

1.2.3 FPSO结构焊接残余应力及对疲劳失效的影响9

1.3 本章小结15

2 船舶结构疲劳强度研究方法16

2.1 引言16

2.2 S-N曲线方法16

2.2.1 S-N曲线16

2.2.2 疲劳累积损伤理论17

2.3 断裂力学法18

2.3.1 概论18

2.3.2 Paris公式18

2.3.3 Paris参数C和m的确定19

2.3.4 循环次数与裂纹扩展深度的关系19

2.3.5 形状系数的确定19

2.4 基于S-N曲线的船舶焊接结构疲劳强度分析方法19

2.5 基于JTP规范的疲劳累积损伤分析方法21

2.6 基于断裂力学方法的船舶结构疲劳失效分析23

2.7 船舶焊接结构疲劳强度分析实例24

2.7.1 FPSO主尺度24

2.7.2 FPSO舱段模型24

2.7.3 建立有限元模型25

2.7.4 边界条件25

2.7.5 计算工况及计算载荷25

2.7.6 典型节点的选取26

2.7.7 精细网格有限元模型28

2.7.8 疲劳热点应力计算29

2.7.9 S-N曲线的选取30

2.7.10 疲劳累积损伤及寿命分析31

2.8 本章小结31

3 焊接结构残余应力形成、调整及测量32

3.1 焊接残余应力的形成及影响因素32

3.1.1 残余应力的定义与分类32

3.1.2 焊接残余应力的产生及其影响因素32

3.2 残余应力消除工艺技术34

3.3 残余应力的试验测试方法和实例36

3.3.1 残余应力测量方法介绍36

3.3.2 基于X射线无损检测法及实例介绍36

3.3.3 超声冲击消除高强度钢平板结构焊接残余应力试验研究48

3.4 本章小结53

4 船舶焊接结构残余应力分析方法54

4.1 焊接热力学过程的分析方法54

4.1.1 解析法54

4.1.2 固有应变法54

4.1.3 有限元法55

4.2 焊接残余应力和变形数值预报方法及其理论基础55

4.2.1 焊接热力学过程及其特点55

4.2.2 焊接温度场数值仿真57

4.2.3 焊接应力应变场数值仿真62

4.2.4 基于ANSYS/APDL二次开发技术的焊接热力学分析65

4.3 基于ANSYS二次开发技术的焊接数值模拟实例74

4.3.1 高强度钢平板对接焊74

4.3.2 高强度钢耐压锥柱结合壳焊接残余应力分析81

4.3.3 环肋圆柱壳结构的焊接残余应力和变形88

4.3.4 深海耐压壳开孔结构92

4.3.5 高强度钢锥柱结构试件95

4.3.6 FPSO典型焊接接头模型101

4.4 本章小结105

5 高强度钢耐压结构焊接残余应力的参数分析106

5.1 焊接残余应力预报系统应用软件开发106

5.2 高强度钢平板对焊接残余应力的参数分析106

5.2.1 焊接输入能量对焊接熔池最高温度的影响106

5.2.2 热源输入109

5.2.3 边界条件110

5.2.4 板厚112

5.2.5 板宽113

5.2.6 焊接加热时间（焊接速度）113

5.2.7 焊接顺序114

5.2.8 结果分析115

5.3 高强度钢锥柱焊接接头残余应力的工艺影响115

5.3.1 几何模型115

5.3.2 研究方案116

5.3.3 温度场模拟结果116

5.4 高强度钢锥柱结合壳焊接残余应力的参数分析123

5.4.1 模型的几何参数和有限元模型123

5.4.2 模型的其他参数123

5.4.3 不同计算模型对焊接残余应力的影响123

5.4.4 参数分析124

5.5 本章小结131

6 船舶残余应力释放及对疲劳失效的影响133

6.1 残余应力释放对船舶焊接结构疲劳失效的影响133

6.1.1 JBP133

6.1.2 ⅡW134

6.1.3 改进过的疲劳强度分析公式134

6.2 残余应力释放对FPSO焊接接头疲劳失效影响的实例研究135

6.2.1 FPSO焊接接头135

6.2.2 模型136

6.2.3 数值模拟循环载荷下残余应力释放的试验验证138

6.2.4 循环次数不同的循环载荷对残余应力释放的影响140

6.2.5 简单变幅循环载荷对残余应力释放的影响141

6.2.6 变幅循环载荷对残余应力释放的影响144

6.2.7 残余应力释放对结构疲劳强度影响的讨论145

6.2.8 结论147

6.3 水压试验对深海耐压锥柱结合壳焊接残余应力的影响147

6.3.1 几何和有限元模型148

6.3.2 内压试验的水压力选取148

6.3.3 位移边界条件148

6.3.4 力的边界条件148

6.3.5 内压试验对焊接残余应力的影响分析149

6.4 潜浮对深海耐压锥柱结合壳焊接残余应力的影响151

6.4.1 首次潜浮运动152

6.4.2 连续多次潜浮运动153

6.5 本章小结159

参考文献160