深海耐壓球殼開孔區(qū)域殘余應(yīng)力的調(diào)整方法研究.pdf

1、人類發(fā)展的四大戰(zhàn)略空間(陸/海/空/天)中，海洋是第二大空間，是當(dāng)前最現(xiàn)實(shí)和最有發(fā)展前景的戰(zhàn)略空間。深海資源的勘探和開發(fā)對(duì)促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提升我國(guó)綜合國(guó)力具有重大意義。深海載人潛水器是支撐探查和開發(fā)深海資源、開展深?？茖W(xué)研究、進(jìn)行深海工程作業(yè)的重要技術(shù)手段和裝備。潛水器核心區(qū)域是載人耐壓球殼，目前國(guó)際常采用鈦合金材料，瓜瓣拼焊成型技術(shù)制作。然而耐壓球殼的焊接殘余應(yīng)力對(duì)耐壓結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和安全性有很大的負(fù)面影響。因此研究深海耐壓球殼焊接殘余

2、應(yīng)力及其調(diào)整方法，對(duì)于提高深海裝備的質(zhì)量和深海開發(fā)能力具有重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值和戰(zhàn)略意義。
　　本文基于焊接有限元理論的同時(shí)結(jié)合焊接試驗(yàn)和外壓試驗(yàn)，對(duì)深海耐壓球殼開孔區(qū)域焊接殘余應(yīng)力及其調(diào)整展開研究。第一，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件和項(xiàng)目能力，結(jié)合強(qiáng)度理論和穩(wěn)定性理論設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ?；第二，基于焊接有限元分析理論?duì)耐壓球殼模型進(jìn)行焊接模擬和外壓試驗(yàn)的數(shù)值模擬，對(duì)比研究耐壓球殼模型試驗(yàn)和數(shù)值模擬的殘余應(yīng)力及其調(diào)整情況，驗(yàn)證耐壓球殼焊接過程和外壓試驗(yàn)采用數(shù)

3、值模擬的方法研究是可行的；最后，采用數(shù)值模擬的方法研究不同焊接方式——窄間隙焊接和電子束焊接在焊接殘余應(yīng)力方面的優(yōu)劣及其在外壓處理焊接殘余應(yīng)力方面的差異，進(jìn)而評(píng)估兩種不同焊接方式和調(diào)整方法對(duì)耐壓球殼安全性的影響。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)焊接有限元理論及耐壓球殼穩(wěn)定性研究。研究焊接有限元仿真理論，設(shè)計(jì)耐壓球殼焊接的簡(jiǎn)化模擬，同時(shí)研究焊接溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的簡(jiǎn)化模型和理論依據(jù)。介紹校核試驗(yàn)?zāi)Ｐ头€(wěn)定性的方法和理論，包括

4、球殼穩(wěn)定性理論公式，線性屈曲分析和非線性屈曲分析理論，為試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)奠定理論基礎(chǔ)。
　　(2)耐壓球殼試驗(yàn)?zāi)Ｐ烷_展設(shè)計(jì)和校核。依據(jù)中國(guó)船級(jí)社規(guī)范初步設(shè)計(jì)耐壓球殼試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，然后通過有限元校核試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膹?qiáng)度，再利用 GL規(guī)范校核實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷呐R界失穩(wěn)力，同時(shí)通過有限元分析法對(duì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行線性屈曲校核和非線性屈曲校核，最終驗(yàn)證試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷膹?qiáng)度和穩(wěn)定性滿足試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷脑O(shè)計(jì)要求。
　　(3)耐壓球殼焊接殘余應(yīng)力及其調(diào)整的數(shù)值模擬和試驗(yàn)對(duì)比研

5、究。首先數(shù)值模擬耐壓球殼模型開孔區(qū)域環(huán)形焊縫的焊接溫度場(chǎng)，然后模擬焊接應(yīng)力場(chǎng)。在此基礎(chǔ)上加載不同載荷的外圧調(diào)整殘余應(yīng)力并得到其變化規(guī)律。再開展耐壓球殼試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜌堄鄳?yīng)力測(cè)量試驗(yàn)和外壓試驗(yàn)分別得到外壓試驗(yàn)前后的殘余應(yīng)力。最后比較耐壓球殼的試驗(yàn)測(cè)量值和數(shù)值模擬值，驗(yàn)證耐壓球殼開孔區(qū)域焊接和外壓試驗(yàn)采用數(shù)值模擬的可行性。
　　(4)窄間隙焊接和電子束焊接的耐壓球殼焊接殘余應(yīng)力及殘余應(yīng)力調(diào)整效果對(duì)比研究。采用數(shù)值模擬的方法，對(duì)比研究不同焊接