核电压力容器安全端焊接接头残余应力场数值模拟研究

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1、西安科技大学硕士学位论文核电压力容器安全端焊接接头残余应力场数值模拟研究专业名称：机械工程作者姓名：李晓波指导教师：薛河；岳巧珍学位论文独创性说明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人或集体已经公开发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西安科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：日期：论文题目：核电

2、压力容器安全端焊接接头残余应力场数值模拟研究工程领域：机械工程研究生：李晓波（签名）：指导教师：薛河（校内）（签名）：岳巧珍（校外）（签名）：摘要压力容器安全端异种金属焊接接头作为关键核电结构，其安全性能直接影响着核电站的安全运营。而安全端焊接过程所产生的焊接残余应力，是压力容器安全端焊接接头破坏和失效的主要因素之一。为了解压力容器安全端异种金属焊接接头残余应力的分布规律，本文采用有限元数值模拟方法，完成的主要研究工作有：（1）以异种金属双V型坡口焊接接头平板对接焊为研究对象，利用ANSYS软件建立了有限元模

3、型，并采用移动热源加载方式、施加对流换热系数和使用多层多道焊接工艺的方法，对焊接过程进行了数值模拟，得到了热循环曲线以及温度场的分布情况；（2）采用ANSYS中的热-应力间接耦合法，通过转换单元类型、定义材料参数、施加合理的边界约束条件、生死单元法，计算得出了焊接接头平板模型在温度耦合场下的残余应力场；（3）分析了核电焊接工艺条件下，核电压力容器安全端异种金属焊接接头焊接过程中的温度场变化以及残余应力场，并讨论了焊接顺序和层数对焊接残余应力的影响规律。本文研究成果为定量预测核电压力容器安全端异种金属焊接接头残

4、余应力场下裂纹扩展和疲劳断裂提供了一定的依据。关键词：异种金属焊接接头；ANSYS；生死单元；温度场；残余应力场研究类型：应用基础研究本论文受到国家自然科学基金(51475362,11072191)、教育部博士点基金(20136121110001)项目的资助。Subject:NumericalSimulationofResidualStressonSafetyEndWeldedJointofReactorPressureVesselinNuclearPowerPlantsSpecialty:Mechanica

5、lEngineeringName:XiaoboLi(Signature)Supervisor:HeXue(Signature)QiaozhenYue(Signature)ABSTRACTThedissimilarmetalweldedjointofthepressurevesselsafetyendisthecrucialstructure,anditssecuritygreatlyinfluencethesafeoperationinnuclearpowerplants.Itisoneofmainfacto

6、rsoftheweldedjointfailurethattheweldedresidualstressproducedinweldingprocessofsafetyend.Tounderstandthedistributionofresidualstressindissimilarmetalweldedjointinthepressurevesselsafetyend,theresearchesbyusingFEMnumericalsimulationisasfollowinginthisthesis.(

7、1)Asasubjectofstudy,thefiniteelementmodelofdissimilarmetaldoubleV-grooveweldedplateisestablishedbyusingtheANSYSsoftware.Theweldingprocessisnumericallysimulated,inwhichtheloadingwaywithmovingheatsource,theconvectingheattransfercoefficientandthemulti-passweld

8、ingprocessareadopted,andthethermalcyclecurveandthetemperaturefielddistributionareobtained.(2)Indirectcouplingofthermal-stressisusedinANSYSsoftware.Theresidualstressfieldinweldedplateiscalculatedintheco