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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 JBP 133

6.1.2 ⅡW 134

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