考虑多重损伤影响的钢材力学性能研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:qwertyuiopgfdsa
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由于常年处在海洋环境中,因此海洋结构物不可避免会遭受到腐蚀。在船舶以及海上平台的建造过程中,焊接是主要工艺之一,可以最大可能性地保证结构水密性和连接部分的可靠性。而海水腐蚀-焊接双重损伤不仅会因损伤不均和组织结构的改变而引起材料局部应力应变分布的变化,还将对结构的承载能力和变形能力造成不利影响。在焊接结构物中,裂纹常常会出现,从而影响船舶的致密性和强度。基于以上研究背景,本文进行了以下几方面的研究工作。采用D36海洋平台常用结构钢进行实验,参考焊接标准和拉伸标准设计出焊接试件。对焊接试件进行电化学腐蚀实验,观察腐蚀后试件表面的型态,并讨论焊接角度对其的影响,并得到不同焊接角度试件腐蚀时间和质量损失率呈线性关系,并讨论焊接角度对这种线性关系的影响。对无腐蚀-焊接试件进行拉伸实验,得到不同焊接角度试件拉断过程的时间以及应力应变曲线,分析焊接角度对力学性能的影响。对腐蚀损伤的焊接试件进行拉伸实验,得到所有试件的应力应变曲线,分析质量损失率对试件应力应变曲线的影响。通过曲线可以得到每个试件弹性模量、屈服强度、极限强度和韧性,将同一个力学性能整合到一个图中。分析质量损失率以及焊接角度对四种力学性能的影响。对UW和W90试件进行划线处理,对W00和W45试件进行贴应变片处理,目的是测量拉伸过程中试验段基体、热影响区和焊核的应变,分析三个部分的力学性能。最后通过宏观和微观两种方式来判断试件的断裂形式,分析断裂时试件的韧性以及断裂特征。可以得到腐蚀焊接试件焊核区强度提高而延性下降,热影响区和基体延性提高而强度下降的现象。分析腐蚀后各焊接角度试件强度以及延性变性能力演化规律。研究腐蚀-焊接双重损伤对钢材力学性能的综合影响规律。通过实验结果回归建立腐蚀焊接钢材的广义力学模型。将试件的应力应变曲线分为线性段和非线性段,线性段可以根据焊接试件弹性模量与焊接角度、质量损失率的关系回归得到。非线性段采用特定的公式回归得到,该模型与R-O模型对比发现拟合效果更好。最终采用二次回归分析方法,建立以腐蚀程度和焊接角度双变量的焊接-腐蚀损伤钢材广义力学模型。对腐蚀-裂纹双重损伤的试件进行电化学腐蚀实验,得到裂纹宽度、裂纹深度对腐蚀速率的影响。拉伸实验后,得到腐蚀程度增加对所有试件的屈服强度和极限强度均造成了衰减。而随着质量损失率的增加,裂纹的存在可以减慢屈服强度和极限强度的下降速度。裂纹宽度的增加也可以适当增加试件的屈服强度和极限强度。
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