厚板焊接接頭殘余應(yīng)力和損傷分布的研究

楊娜等

摘要：對(duì)典型焊接方法下的厚鋼板構(gòu)件焊接性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究.首先采用磁彈儀獲得MPσ標(biāo)定曲線(xiàn)，通過(guò)磁彈性法測(cè)量得到厚鋼板焊接接頭殘余應(yīng)力；然后基于ABAQUS及其子程序DFLUX，模擬了厚鋼板對(duì)接焊接全過(guò)程.對(duì)比數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：構(gòu)件焊接接頭縱向應(yīng)力大于橫向應(yīng)力；沿Y軸的縱向焊接殘余應(yīng)力隨著板厚度的增加而增加，厚度小于60 mm焊件增加尤為明顯.此外，本文耦合了焊接過(guò)程中的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)，并考慮了積累損傷的影響，完成了焊接構(gòu)件在低周往復(fù)荷載作用下的計(jì)算分析，結(jié)果表明，在低周往復(fù)荷載作用下焊接構(gòu)件中的殘余應(yīng)力對(duì)累積損傷分布有較大影響.

關(guān)鍵詞：厚鋼板；焊接殘余應(yīng)力；試驗(yàn)研究；積累損傷；數(shù)值分析

近年來(lái)，焊接厚鋼板構(gòu)件廣泛地應(yīng)用于高層和大跨結(jié)構(gòu).例如，國(guó)家體育場(chǎng)“鳥(niǎo)巢”、央視新臺(tái)址大樓、上海環(huán)球金融中心、北京新保利大廈等典型工程都采用了厚度在100 mm以上的鋼板，作為柱腳、主桁架等主要承力構(gòu)件1-2.同時(shí)，厚鋼板在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的應(yīng)力集中、強(qiáng)度降低、分層等現(xiàn)象也引起了工程界對(duì)焊接鋼構(gòu)件殘余應(yīng)力和損傷分布的廣泛關(guān)注.相對(duì)于普通板件的焊接，厚鋼板焊接構(gòu)件由于受焊接過(guò)程中焊道增多、自身約束增大等因素影響，焊接完成后的殘余應(yīng)力往往會(huì)更大更復(fù)雜，并容易在構(gòu)件中產(chǎn)生初始裂紋和缺陷.在鋼結(jié)構(gòu)中，厚鋼板構(gòu)件在地震狀態(tài)下要承受很大的循環(huán)荷載作用；船舶結(jié)構(gòu)在航行中要承受著連續(xù)的波浪載荷.這樣結(jié)構(gòu)所受的外載荷和殘余應(yīng)力往往都會(huì)疊加，使結(jié)構(gòu)分析變得復(fù)雜3.因此，需要對(duì)厚鋼板構(gòu)件的焊接殘余應(yīng)力分布和外荷載作用下厚板損傷分布進(jìn)行更深入的研究.

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)焊接殘余應(yīng)力已經(jīng)進(jìn)行了不少研究.美國(guó)的Dean Deng4，ATTARHA M J5使用ABAQUS對(duì)平板和環(huán)形鋼板的焊接進(jìn)行三維數(shù)值模擬研究，并取得相應(yīng)鋼構(gòu)件的殘余應(yīng)力和變形特征；澳大利亞的E.A. FloresJohnson6采用ABAQUS軟件內(nèi)置的JC本構(gòu)模型對(duì)鋼板焊接殘余應(yīng)力及其對(duì)沖擊性能的影響進(jìn)行了研究；張國(guó)棟等人7也用ABAQUS軟件并編制子程序?qū)︿摌?gòu)件的殘余應(yīng)力及其蠕變損傷進(jìn)行了研究.王元清等人8通過(guò)拉伸試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)焊縫對(duì)厚鋼板Z向性能有較大影響.但是，目前關(guān)于厚鋼板構(gòu)件焊接殘余應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)研究還比較少，關(guān)于循環(huán)荷載作用下殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件損傷分布影響的闡述也很少.

本文采用磁彈儀對(duì)厚鋼板對(duì)接焊縫進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，并借助ABAQUS及其子程序DFLUX，對(duì)焊縫的殘余應(yīng)力進(jìn)行數(shù)值模擬研究和驗(yàn)證.同時(shí)，采用子程序UMAT引入鋼積累損傷模型，探討在循環(huán)荷載作用下厚鋼板焊接接頭損傷的分布規(guī)律.

1厚板焊接殘余應(yīng)力實(shí)驗(yàn)測(cè)試

對(duì)厚鋼板焊接的現(xiàn)有研究多數(shù)建立在數(shù)值模擬上，但是數(shù)值模擬有很多理論都是建立在假設(shè)簡(jiǎn)化基礎(chǔ)上，而且實(shí)際焊接過(guò)程中受到很多工序影響，因此數(shù)值模擬的全面性和準(zhǔn)確性需要實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證.

本次厚鋼板焊接殘余應(yīng)力測(cè)試實(shí)驗(yàn)共分為3部分：焊接過(guò)程，標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，磁彈法測(cè)定殘余應(yīng)力實(shí)驗(yàn).通過(guò)實(shí)測(cè)對(duì)厚鋼板焊接殘余應(yīng)力分布進(jìn)行初步研究，驗(yàn)證數(shù)值模擬結(jié)果，總結(jié)出能夠適用于實(shí)際工程的殘余應(yīng)力規(guī)律和應(yīng)力模型.

1.1實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)選用板材厚度分別為25 mm，40 mm，60 mm和80 mm，試件參數(shù)如表1所示，每個(gè)厚度尺寸取2塊試件，試件坡口尺寸符合《GB 986-88埋弧焊焊縫坡口的基本形式和尺寸》.

表1焊接參數(shù)

鋼板選用Q345B鋼，焊接全程都在江蘇中建鋼構(gòu)有限公司進(jìn)行.焊接試件需要預(yù)留6 mm左右的鈍邊，如圖1所示，防止焊接過(guò)程中焊穿；焊接之前切除固定用的馬板，減小焊接過(guò)程中的約束；構(gòu)件需要預(yù)留大小坡口，小坡口深度大約是大坡口的一半，焊接過(guò)程中每焊接3～5層焊道需要進(jìn)行一次翻面，以減小焊接變形.本文采用磁彈法測(cè)量厚板焊接接頭殘余應(yīng)力值.磁彈法是發(fā)展較快、應(yīng)用比較成熟的一種殘余應(yīng)力測(cè)試方法，具有無(wú)損、方便、快速、準(zhǔn)確的特點(diǎn).磁彈法是完全無(wú)損的測(cè)量，本次焊接殘余應(yīng)力的測(cè)試所用儀器為美國(guó)AST公司生產(chǎn)的STRESSCAN500C型磁彈性殘余應(yīng)力測(cè)試儀，儀器本身有預(yù)設(shè)的測(cè)試深度，但基本只能測(cè)量表面應(yīng)力.試件和儀器如圖2所示.

由于焊接厚鋼板殘余應(yīng)力不僅與工件中所受的應(yīng)力有關(guān)，而且還與材料的組織狀態(tài)、硬度、晶粒尺寸及表面狀況有關(guān)，所以采用磁彈性方法測(cè)量殘余應(yīng)力時(shí)，必須對(duì)不同材料構(gòu)件進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn).標(biāo)定試樣的材質(zhì)、組織狀態(tài)以及表面硬度必須與被測(cè)鋼板相同.試件在拉伸壓縮之前退火消除初始應(yīng)力.

磁彈儀工作原理在于磁致伸縮效應(yīng)，即鐵磁材料在外加磁場(chǎng)的作用下將發(fā)生晶格的彈性變形.通常用巴克豪森噪聲的強(qiáng)度記作MP來(lái)反映材料內(nèi)部的應(yīng)力水平，當(dāng)構(gòu)件應(yīng)力表現(xiàn)為拉應(yīng)力增加時(shí)磁滯回線(xiàn)的斜率和MP值增高，反之，壓應(yīng)力增加則磁滯回線(xiàn)的斜率和MP值降低.

標(biāo)定實(shí)驗(yàn)主要是測(cè)量巴克豪森噪聲強(qiáng)度記作MP與施加的應(yīng)力值關(guān)系，繪制出標(biāo)定曲線(xiàn)MPσ，該曲線(xiàn)是測(cè)量焊接板件的殘余應(yīng)力的基礎(chǔ).

實(shí)驗(yàn)測(cè)試通過(guò)磁彈儀在構(gòu)件上測(cè)得MP值，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)室得到MP與應(yīng)力的對(duì)應(yīng)關(guān)系標(biāo)定曲線(xiàn)，對(duì)照標(biāo)定曲線(xiàn)便可得出焊接構(gòu)件的應(yīng)力值.測(cè)試殘余應(yīng)力的方法是：在工件上放置磁彈性?xún)x，儀器中的探測(cè)線(xiàn)圈檢測(cè)出在磁彈性?xún)x的交變磁場(chǎng)作用下鐵磁材料產(chǎn)生的巴克豪森噪聲MP，從而間接測(cè)出構(gòu)件表面殘余應(yīng)力.

1.2實(shí)驗(yàn)步驟

本次實(shí)驗(yàn)由焊接技術(shù)人員制定實(shí)驗(yàn)焊接作業(yè)指導(dǎo)書(shū)，將試件的組裝、定位焊、焊前預(yù)熱、焊接過(guò)程控制及要求、焊后保溫等要求做出相應(yīng)規(guī)定，全過(guò)程經(jīng)歷“切割馬板-火焰預(yù)熱→氣保焊打底→清根→自動(dòng)埋弧焊圖3→清根→蓋面焊→保溫圖4→引弧板切割”等，焊接完成試件如圖5所示.測(cè)量應(yīng)力時(shí)的操作如圖6所示，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要不斷變更方向獲得不同方向的應(yīng)力.

1.3標(biāo)定實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過(guò)拉伸和壓縮實(shí)驗(yàn)，得到拉壓應(yīng)力與巴克豪森噪聲強(qiáng)度代表值MP的關(guān)系，即標(biāo)定曲線(xiàn)，如圖7所示.可取比較有代表性的點(diǎn)輸入儀器，在測(cè)量構(gòu)件的時(shí)候直接輸出殘余應(yīng)力值.

2厚板焊接接頭殘余應(yīng)力數(shù)值模擬及與

測(cè)試結(jié)果對(duì)比

本文基于商用有限元軟件ABAQUS建立焊接鋼厚板構(gòu)件的數(shù)值分析模型，并在模型中利用DFLUX子程序?qū)隚oldak9橢球熱源模型來(lái)模擬焊接熱源的移動(dòng).該熱源模型能夠方便應(yīng)用于薄板、厚板、鋼管等構(gòu)件的焊接過(guò)程熱輸入，其模型方程如式1所示：

qx，y，z=63fQabcπexp -3x2a2+y2b2+z2c2.1

式中：x，y，z為模型的整體坐標(biāo)值；Q為輸入功率，f，a，b，c為熱源形狀參數(shù)，a，b，c為實(shí)際焊接熔池尺寸縮小20%得到9.本文將重點(diǎn)考慮4個(gè)不同厚度Q345鋼焊接試件的殘余應(yīng)力分布，模型如圖8所示.

4個(gè)構(gòu)件由相同的材料Q345B鋼組成，焊接參數(shù)與表1相同.材料將參照參考文獻(xiàn)10-11]的16Mn鋼進(jìn)行設(shè)置，隨溫度變化的熱物理性能比熱、熱導(dǎo)率、密度和熱力學(xué)性能屈服強(qiáng)度、彈性模量、泊松比，如圖9所示10-11.熱邊界條件計(jì)入熱輻射和熱交換邊界條件，初始溫度取20°C.已有的研究表明，對(duì)接焊縫的尺寸變化和焊接冶金性能對(duì)焊接力學(xué)性能的影響很小12，因此在有限元建模過(guò)程中予以忽略.

溫度℃

本文采用順序耦合法對(duì)厚鋼板模型進(jìn)行殘余應(yīng)力耦合計(jì)算，順序耦合法是先求解溫度場(chǎng)，再用溫度場(chǎng)耦合求解應(yīng)力場(chǎng).為了模擬焊料的填充過(guò)程，采用在INP模型文件中加入“model change， addremove”程序段來(lái)實(shí)現(xiàn)生死單元法，對(duì)焊縫單元集合進(jìn)行“殺死”和“激活”設(shè)置.

由于實(shí)際工程焊接厚鋼板都是平放在地面進(jìn)行的，而且研究表明最符合實(shí)際厚板焊接過(guò)程的邊界條件需要約束焊縫區(qū)13，所以殘余應(yīng)力場(chǎng)的求解過(guò)程邊界條件如圖10所示.底面所有點(diǎn)都需要控制Z方向的豎向移動(dòng)，底面點(diǎn)1固定各個(gè)方向的移動(dòng)，點(diǎn)2和點(diǎn)4控制Y向和Z向的移動(dòng).

殘余應(yīng)力可以分為橫向殘余應(yīng)力、縱向殘余應(yīng)力和沿厚度方向的殘余應(yīng)力3種；在ABAQUS有限元分析軟件中，定義平行焊縫方向Y軸的S33為縱向應(yīng)力，垂直焊縫方向X軸的S11為橫向應(yīng)力，沿厚度方向Z軸的應(yīng)力為S22.

取對(duì)稱(chēng)一半構(gòu)件可看到熱源移動(dòng)，從圖11的熱源移動(dòng)中可以看出，整個(gè)焊接階段的熱源最高溫度在1 500～1 600 ℃之間，與實(shí)際情況相符9.冷卻階段大約經(jīng)歷1 h，當(dāng)厚板構(gòu)件整體溫度到達(dá)100 ℃以下可以認(rèn)為冷卻放熱完畢.

在得到焊接溫度場(chǎng)后，改變模型單元屬性和材料參數(shù)，并導(dǎo)入之前模擬的溫度場(chǎng)，采用順序耦合法求出最終的殘余應(yīng)力場(chǎng).

3厚板焊接接頭殘余應(yīng)力測(cè)試結(jié)果對(duì)比

由于磁彈性?xún)x測(cè)量深度最大只有0.2 mm，而且研究表明，由于最后一道焊對(duì)構(gòu)件應(yīng)力分布的影響比較大，厚鋼板構(gòu)件表面應(yīng)力往往比內(nèi)部應(yīng)力大14.所以本文主要對(duì)焊接厚鋼板構(gòu)件的表面殘余應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)對(duì)構(gòu)件表面的焊接殘余應(yīng)力測(cè)量反映整個(gè)厚鋼板構(gòu)件焊接殘余應(yīng)力.測(cè)點(diǎn)沿長(zhǎng)度方向均勻分布；垂直長(zhǎng)度方向，距離焊縫越近，布置越多.測(cè)量結(jié)果分為垂直焊縫的X軸向應(yīng)力和平行焊縫的Y軸向應(yīng)力.

3.1沿Y軸應(yīng)力

首先取平行于焊接方向的沿Y軸縱向分布?xì)堄鄳?yīng)力進(jìn)行研究，以40 mm厚構(gòu)件為例.實(shí)驗(yàn)過(guò)程中測(cè)量了平行焊縫分布的縱向應(yīng)力S33和橫向應(yīng)力S11，它們的分布如圖12所示.

應(yīng)力MPa

可以看出，在焊縫周?chē)?，沿Y軸縱向應(yīng)力總體要大于橫向應(yīng)力，縱向應(yīng)力值維持在300 MPa左右；橫向應(yīng)力值比較小，大小為50 MPa左右.焊接接頭邊緣與中間部位應(yīng)力有差異，主要原因是經(jīng)過(guò)火焰切割引弧板的工序?qū)е潞缚p邊緣應(yīng)力出現(xiàn)突變.

由于縱向應(yīng)力值比較大，將重點(diǎn)討論縱向應(yīng)力S33的分布，取厚鋼板板件的殘余應(yīng)力實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果對(duì)比，如圖13所示.

可以看出，縱向應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)基本在數(shù)值模擬結(jié)果曲線(xiàn)周?chē)梢哉J(rèn)為數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合.沿Y軸縱向應(yīng)力主要呈現(xiàn)中部高，邊緣低的趨勢(shì)，和數(shù)值模擬分析結(jié)果一致.

取厚鋼板大小坡口兩表面的殘余應(yīng)力實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果對(duì)比，如圖14.可以看出，大坡口面縱向應(yīng)力比小坡口面的應(yīng)力大，去除邊緣的應(yīng)力取平均值，可得出40 mm厚鋼板小坡口面應(yīng)力與大坡口面應(yīng)力比值為0.7，而80 mm厚鋼板的比值為0.93.

沿Y軸距離mm

圖1440 mm厚構(gòu)件應(yīng)力對(duì)比

Fig.14 Comparison of stresses in 40 mmthick member

本文將4個(gè)厚度的構(gòu)件數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖15和16所示.

可以看出，25 mm厚構(gòu)件應(yīng)力值比較小，縱向應(yīng)力大都小于270 MPa，焊縫及其熱影響區(qū)HAZ內(nèi)縱向殘余應(yīng)力整體上隨著板厚度的增加而增加，這種趨勢(shì)在25～60 mm之間表現(xiàn)得很明顯，60～80 mm時(shí)有所減弱.主要原因是厚鋼板焊接過(guò)程中板厚度越大，其受到自身的約束越多，所以焊接熱應(yīng)力也越大；但是焊接過(guò)程中每一層先焊的焊道對(duì)周?chē)哪覆挠蓄A(yù)熱作用，而預(yù)熱會(huì)對(duì)焊接熱殘余應(yīng)力有顯著的削弱.

沿Y軸距離mm

可以看出，縱向應(yīng)力實(shí)驗(yàn)值在距離焊縫20 mm左右基本達(dá)到峰值，之后在30～80 mm之間數(shù)值迅速減小，在遠(yuǎn)離焊縫的區(qū)域縱向應(yīng)力數(shù)值比較小，甚至出現(xiàn)負(fù)值，但是變化都不大.測(cè)試結(jié)果基本在數(shù)值模擬結(jié)果曲線(xiàn)周?chē)f(shuō)明實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果比較吻合.

對(duì)40～80 mm厚的鋼板沿X軸分布的縱向殘余應(yīng)力求均值，并取比較有代表性的5個(gè)點(diǎn)繪成沿X軸分布的縱向殘余應(yīng)力一般分布圖，如圖19所示.對(duì)厚度小于40 mm的厚鋼板縱向殘余應(yīng)力需要將模型數(shù)值適當(dāng)調(diào)低.模型基本體現(xiàn)了沿X軸分布的縱向應(yīng)力的分布特征，在近焊縫區(qū)域應(yīng)力比較大，在遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域應(yīng)力比較小.

沿X軸距離mm

4構(gòu)件在低周往復(fù)荷載作用下?lián)p傷分布

損傷是描述材料性能弱化的一個(gè)指標(biāo)，通常用一個(gè)變量D來(lái)描述損傷大小，當(dāng)某個(gè)單元的D達(dá)到1時(shí)該單元失效了.本文將采用積累損傷來(lái)評(píng)價(jià)在外部循環(huán)荷載作用下殘余應(yīng)力對(duì)厚板構(gòu)件的影響.

本文的損傷累積模型基于塑性應(yīng)變進(jìn)行計(jì)算，將在低周往復(fù)荷載作用下的塑性應(yīng)變累積描述成一個(gè)損傷變量D，受力狀態(tài)下的損傷變量可以表示為式215

D=1-βεpmεpu+∑Ni=1βiεpiεpu.2

損傷變量的值為N次循環(huán)中的每次循環(huán)中塑性應(yīng)變?chǔ)舙i與極限塑性應(yīng)變?chǔ)舙u的比值之和，β為一個(gè)權(quán)值，對(duì)Q345鋼取值0.011 816.材料彈性模量、屈服強(qiáng)度和強(qiáng)化系數(shù)因損傷累積而產(chǎn)生，隨荷載循環(huán)次數(shù)增加而退化15.

該損傷模型是基于常用的鋼材雙線(xiàn)型模型，由沈祖炎等15提出適合鋼材的考慮損傷累積的滯回模型.北京交通大學(xué)的楊娜17等基于用戶(hù)子程序UMAT，將積累損傷模型應(yīng)用于ABAQUS的相應(yīng)數(shù)值模擬中.本文首先基于ABAQUS子程序DFLUX對(duì)厚鋼板構(gòu)件焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行了順序耦合分析，然后對(duì)存在殘余應(yīng)力的模型施加低周往復(fù)荷載，最后采用UMAT引入累積損傷模型對(duì)焊接殘余應(yīng)力影響下的構(gòu)件累積損傷分布進(jìn)行研究，模擬流程如圖20所示.

本節(jié)所選焊接構(gòu)件為本文表1所示的兩塊300×250×t mm3鋼板對(duì)接焊接，非焊接構(gòu)件為600×250×t mm3模型，其中t為板厚，各取25 mm，40 mm，0 mm 3試件共6塊板件模型進(jìn)行數(shù)值模擬分析，同厚度構(gòu)件模型網(wǎng)格劃分也相同.試件損傷分析前，提取本文第二部分模擬得到的焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)，然后導(dǎo)入相同網(wǎng)格的構(gòu)件模型內(nèi)，嵌入已驗(yàn)證的子程序UMAT分析構(gòu)件累積損傷

可以看出，滯回曲線(xiàn)呈飽滿(mǎn)的仿錐形，隨著加載次數(shù)增加，各級(jí)循環(huán)的彈性模量逐漸降低，體現(xiàn)了循環(huán)累積損傷對(duì)滯回性能的影響.通過(guò)對(duì)比可以看出，有殘余應(yīng)力影響的構(gòu)件承載力與剛度較無(wú)殘余應(yīng)力影響構(gòu)件小，說(shuō)明焊接殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件剛度和承載力有一定的削弱作用.

圖23為不同厚度構(gòu)件在循環(huán)加載制度下第一象限位移荷載骨架曲線(xiàn)及其對(duì)比.可以看出，骨架曲線(xiàn)表現(xiàn)為隨著位移的增大，荷載平穩(wěn)增大.在循環(huán)加載過(guò)程中有明顯的強(qiáng)化現(xiàn)象，但在加載到10 mm后強(qiáng)化現(xiàn)象不明顯.焊接殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件承載力有顯著影響，并且隨著厚度增加，影響增大.3組構(gòu)件中，60 mm厚板的殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件往復(fù)荷載作用下的承載力削弱影響最大.

由于式2中的損傷值D在ABAQUS中尚未開(kāi)發(fā)，本文專(zhuān)門(mén)將損傷值D作為一個(gè)獨(dú)立變量Depvar寫(xiě)入U(xiǎn)MAT中，在ABAQUS模擬完成后采用SDV變量輸出的方法得到構(gòu)件的損傷分布.位移mm

由本文第3部分可知，殘余應(yīng)力主要集中在焊縫及其熱影響區(qū)，因此取構(gòu)件焊縫表面的損傷分布進(jìn)行研究.以起焊點(diǎn)為原點(diǎn)，沿焊縫全長(zhǎng)的損傷分布如圖24所示，可知損傷分布也沿焊縫中間大、兩邊小分布.對(duì)比圖中不同厚度構(gòu)件的模擬結(jié)果，可知在相同大小的低周往復(fù)荷載作用下，構(gòu)件厚度越小，承載力相對(duì)越小，屈服后產(chǎn)生的塑性應(yīng)變?cè)蕉?，焊縫表面的損傷值越大.可知構(gòu)件承載力仍然是決定其累積損傷值大小的主要因素.對(duì)比相同構(gòu)件有無(wú)殘余應(yīng)力影響的結(jié)果可知，殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件焊縫區(qū)有較大的影響，但沒(méi)有達(dá)到破壞損傷值1，可知?dú)堄鄳?yīng)力增大了焊縫表面的累積損傷.

距離mm

5結(jié)論

采用磁彈法對(duì)不同厚度厚板焊接接頭進(jìn)行殘余應(yīng)力測(cè)量，得到了Q345鋼的標(biāo)定曲線(xiàn)，也得到厚板焊接接頭殘余應(yīng)力值.同時(shí)，基于ABAQUS及其子程序DFLUX對(duì)殘余應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬驗(yàn)證，并修改子程序UMAT引入積累損傷模型，把求解溫度場(chǎng)、殘余應(yīng)力、損傷評(píng)價(jià)連成一體，輸出損傷值，為今后實(shí)際工程中鋼構(gòu)件焊接殘余應(yīng)力的估算和損傷評(píng)價(jià)打下了理論基礎(chǔ).

1 采用埋弧自動(dòng)焊進(jìn)行焊接的實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)值模擬驗(yàn)證，主要研究厚鋼板表面應(yīng)力分布.焊縫處的縱向殘余應(yīng)力總體大于橫向殘余應(yīng)力.焊縫及其熱影響區(qū)縱向殘余應(yīng)力的拉應(yīng)力較大.

2 沿Y軸向呈中間大邊緣小分布.小坡口面應(yīng)力小于大坡口面應(yīng)力，兩者比值處于0.65～0.95之間.沿焊縫長(zhǎng)度分布的橫向應(yīng)力在邊緣表現(xiàn)為比較大的壓應(yīng)力.沿垂直焊縫方向分布的縱向應(yīng)力在焊縫及其熱影響區(qū)內(nèi)出現(xiàn)峰值，遠(yuǎn)離焊縫變小，并可能出現(xiàn)壓應(yīng)力.

3 由于隨著板厚度的增加，厚鋼板在焊接過(guò)程中自身約束的不斷增多，沿Y軸分布的縱向殘余應(yīng)力不斷增大，這種趨勢(shì)在板厚處于25～60 mm之間表現(xiàn)得很明顯，但在構(gòu)件厚度大于60 mm后不顯著.橫向殘余應(yīng)力隨厚度變化不顯著.

4 焊接構(gòu)件在低周往復(fù)剪切位移荷載作用下，計(jì)算得到的骨架曲線(xiàn)有明顯的強(qiáng)化現(xiàn)象；構(gòu)件承載力仍然是決定累積損傷值大小的主要因素；焊接殘余應(yīng)力對(duì)厚鋼板焊縫區(qū)積累損傷分布有一定影響，并隨著厚度增加，影響增大.

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