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毕业论文外文文献及译文本科毕业论文外文文献及译文文献、资料题目：SYSTEMS INTEGRATION文献、资料来源：International Journal文献、资料发表（出版）日期：2005.5.30院 （部）：城市建设学院专 业：建筑环境与设备工程专业班 级：4姓 名：XXX 学 号：指导教师： 翻译日期：中文译文：动应力下304L不锈钢振动时效的成效评估摘要振动时效是一种程序，通过动应力振动的方式来减少残余应力。目前，定时和定量考核振动时效的成效问题十分重要，荷载或动应力在振动时效期间对焊接结构减少残余应力有直接影响。本文论述了304L不锈钢振动时效期间焊接试样的循环应力应变及儒变机制。根据实验结果，提出了残余应力对动应力松弛的数学模型，此模型用于评价制造HT7U Tokamak焊接结构振动时效的影响。残余应力测量值与计算值之间的差额约为11%，结果表明，采用动态应力振动时效效果评价是实用的。 关键词：振动时效；残余应力；荷载；动态应力；焊接1 引言振动时效表示动应力下残余应力的减少量，虽然已广泛应用了40多年的振动时效机理仍在调查中，但振动时效的定量考核依然是一个十分重要的问题。一般来说，振动时效处理机附属于要求应力松弛结构的偏心大电机，相结合的动态应力和残余应力可超过材料的屈服强度，从而引发局部塑性变形和应力松弛。残余应力的减少影响了振动块的自然特性，振动时效效果往往根据比较前后振动时效振动响应曲线2来评估，例如移频共振3。但这种方法的有效性，虽然于振动时效后很快步入但却只是定性评价。定量评价结果可以通过测量振动时效前后同一点处的残余应力得出。可采用钻孔和XRD两种方法测量焊接残余应力但复杂而费时，由于两种测量方法必需同时采用，故这种评估方法并不常用。焊接结构振动时效期间评价残余应力的减少需要一种简单而且定性的方法。残余应力是没有外部载荷情况下自我平衡的内应力。焊接结构振动时效期间，循环应力或动态应力对结构减少残余应力有直接影响。局部残余应力是循环叠加应力的平均应力。在振动时效期间动态应力振幅可使用应变计很容易的测量出来。本文论述了动态应力疲劳和残余应力减少的定量关系。此项研究的主要目的是要为314L不锈钢再循环载荷下的焊接应力松弛建立一个模型。因此，又找到了一个能定量而简洁的评估振动时效的方法，该模型适用于HT7U Tokamak焊接结构的振动时效。2 不锈钢的循环应力应变Electro-hydraulic servo系统疲劳实验机（MTS810）可促进振动时效期间可模拟动态负荷应力的振动循环。板型材料为304L不锈钢，其组成成分为（wt%）Fe-0.02C-1.38Mn-0.47Si-0.03P-0.005S-18.2Cr-8.7Ni-0.05N。加载前试样焊接加热变形会产生残余应力，试样中的单条焊缝有100毫米长，应变传感器就安装在试样的焊缝上（如图1）。张力压缩动态应力（R10）用于模拟振动时效处理，在循环加载期间测量循环应变，如图2（a）表示不同周期焊缝上的循环应力和局部应变。受控负荷周期循环间有恒定的振幅，因而，动态应力振幅是一恒量（50MPa在图2中）。应变振幅并不是在固定不变的，而平均应变在拉应力方向逐渐增加，此拉应力表明了方向拉伸循环塑性应变或循环儒变。如图2（b）表示不同载荷下的循环应变，图中的每条线代表一个加载周期。在第一个循环第50周期时儒变较高，但其速度减慢。循环儒变在200个周期后逐渐稳定，而在第200和第300个周期之间的差别很小。图1 试样上的应变机图2 304L焊接接头的循环加载和应变图3表明了另一个焊接试样在不同加载周期下的循环应变，载荷应力振幅为100MPa，它也表明循环儒变速度减慢，但相比在50MPa循环应力下循环儒变达到稳定需要更多周期。循环儒变从第200到300个周期仍然增加，并且进一步研究表明，在600个周期之后发生儒变稳定。结果显示动态应力振幅越大循环儒变越明显，较多周期之后会产生儒变稳定。304L的屈服应力约为320MPa，动应力时效期间的动应力在塑性区域。上述实验结果表明，循环儒变与周期性动态应力和焊接接头残余应力息息相关。通常焊缝径向残余应力（沿焊缝方向）为拉应力，它能达到材料的屈服应力。从观察到的疲劳点来看原因是焊接结构中存在残余应力，此残余应力可认为是张力压缩循环载荷期间的平均应力，但每个周期中的平均应力只有一个方向产生应力高峰，因此，在每个周期中都会有不同于其他方向的塑性流动。尽管动态应力是在弹性变形区内，但由于Bauschiner效应周期性塑性应变仍很高，这种情况下，在每个周期中很小的动态应力就能产生大量的塑性流动产生循环儒变。以上实验证明了不锈钢焊接结构振动时效期间的循环儒变机制。3 循环儒变与残余应力松弛 许多研究员致力于循环载荷期间的残余应力松弛，Morrow和Sinchair6基于轴向疲劳实验中应力松弛的残余应力松弛预测进行了研究。他们针对第一个周期的平均应力、循环次数、材料屈服强度和动应力振幅提出了一个模型。Kodama7测量出了碳钢的残余应力减少量，指出残余应力松弛随疲劳循环的对数呈线性变化，其速率正比于应力振幅。Smith.et al8用弹塑性有限元模型分析残余应力和动态加载的相互作用，发现残余应力松弛甚至发生在低循环应变范围内。Zhuang和Halford9提出了一种有限元模型来估计残余应力松弛，此模型的参数包括残余应力的规模和布局、冷作程度、动应力和平均应力、载荷循环系数。他们的研究结果表明主要的残余应力松弛发生在早期阶段。图3 304L焊接试样循环应力应变（应力振幅=100MPa）以上学者的研究表明，参与应力松弛取决于循环载荷主要受以下影响：（1）残余应力的初始震级和梯度；（2）动应力振幅；（3）循环次数 ；（4）循环载荷下材料的性质。 4 循环载荷下的焊接残余应力松弛 正如前节所述，残余应力位于焊缝处则屈服强度较大，材料的屈服应力可认为是初始应力。因此，循环载荷下304L不锈钢的焊接应力松弛主要受动应力振幅和循环次数影响。选取图2（b）中每条线的中点，图4中的圆点连线就表示在500MPa动态应力下焊接的循环儒变曲线。 通过以上的儒变曲线，提出了循环儒变的相应方程，看图4中的实线， 表示N次循环后的总儒变；N表示循环次数；P1和P2是依赖于材料初始残余应力和循环应力应变反映的系数常数；50表示动应力振幅为50MPa。为估计残余应力松弛，残余应力减少量表示为其中E表示动态模量，它与根据图2计算出的载荷有关。基于上述结果和焊接残余应力的概念，304L不锈钢在循环载荷下的残余应力减少量可表示为 (3)其中为动态应力振幅，K为初始残余应力与材料屈服应力的比值，作为径向焊缝K可取1。 循环次数（N） 循环次数（N）图4 不同周期314L焊接试样的循环儒变 图5 304不锈钢动应力下多次载荷循环后焊接应力减少量 5 动态应力评价残余应力松弛方程（3）给出了一种方法来定量评价动态时效效果，基于方程（3）和图5表示了不同动态应力下残余应力的减少量。304L焊接残余应力用X射线衍射法进行测量，试样的材料和尺寸与前述相同，图6表示循环载荷的三种试样，循环应力的测点在焊缝的熔合线上，初始焊接用X射线衍射法，径向残余应力约为295兆帕，三种动态应力振幅30MPa、60MPa、90MPa分别在三种试样的循环载荷期间选取。测量点 图6焊接式样和残余应力测量点 图7 HT-7Utokamak 结构形状 表格1 残余应力测量值与计算值动应力振幅 径向应力测量值计算值差额（MP）（MP） （MP） （MP） （%）30 239 56 58 -360 161 134 117 1390 98 197 176 11表格1表示出了600次循环载荷后的残余应力测量结果和参与应力减少量，基于方程（3）计算出的残余应力减少量也在表格中显示出来。表中数据表明残余应力的测量值与计算值之间的误差不超过15%，并对HT-7UTokamak焊接结构振动时效期间进行了进一步研究。6 动应力振动时效评价图7为HT-7UTokamak结构的底板，其材料为304L不锈钢，由5块304L薄板焊接而成，板直径为7.6米，厚70毫米，总重量超过34吨。板料要在焊接加工后进行振动时效处理，使用橡胶粘成均匀的圆板，而在振动时效期间的励磁固定在中央孔洞的边缘，该板加工共振频率为47.83HZ和60.68HZ，振动时效总时间约15分钟。对于厚大焊接结构，X射线衍射法和钻孔法都可用来测量表面应力，X射线测量深度为几厘米，钻孔法测量深度为几毫米（仅3毫米的洞，可用于盲人文件）。振动时效前后对焊接板料的残余应力测量就采用此法，测量点的位置如图8，振动时效处理后径向残余应力的平均减少量为39.5MPa。测量点焊缝 图8 残余应力测量点的位置 图9 一点的动应变波形 以上六点的动态应力也在振动时效期间用应变计测量，图9表明示波器上一点的动应变曲线（电压信号），并且此点的动应力振幅可测量出来，这六点的动应力振幅是18MPa。根据方程(3)可计算残余应力的平均跌幅为35MPa，模型计算和实测结果差额约为11%。上述结果表明，采用动态应力评价振动时效，一旦测出焊缝上的平均动态应力振幅，振动时效处理后残余应力跌幅的定量结果就能很快得到。7 结论用动应力振幅和多次循环能够评价振动时效结果，建立了循环载荷下304L的残余应力跌幅模型，用此模型估计的残余应力值与实测值吻合。此模型用于评价HT-7UTokamak焊接结构人工处理期间振动时效的影响，也可计算出残余应力跌幅的计算值与实测值之间的差额约为11%。 2007-4-21 参考文献1 Saunders GG, Claxton RA. 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