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。
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。
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目录
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
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