压力容器是多种行业中广泛使用的承压设备,为满足工程要求,需要和各种口径的接管相连。接管在焊接的过程中会产生残余应力,由此影响结构的强度和安全可靠性。为此,本文利用有限元,模拟压力容器焊接温度场的动态变化历程,在此基础上研究残余应力场的分布特点,同时分析含裂纹焊接头的残余应力场并计算其应力强度因子。本文的主要研究内容如下:(1)针对压力容器焊接过程,利用“生死单元”技术,模拟焊接熔池的生成,通过设定焊缝路径和相关的节点,计算焊缝各处的温度时间变化历程。结果表明,各个节点处的温度时间历程曲线变化趋势相似,焊接热源升温过程迅速,热源离开后,降温较为迅速,总体而言,升温速度要比冷却速度要快。(2)通过热-应力耦合计算,对压力容器焊接的残余应力场进行了研究。分析了焊接接头瞬时应力变化特点,研究了沿焊接方向以及横截面残余应力分布规律。分析表明,在焊缝处的残余应力较大,并且焊缝与压力容器筒体和接管的焊趾处出现残余应力的峰值,内表面的焊接残余应力要大于外表的残余应力。(3)运用杀死部分“单元”的方法,模拟焊接裂纹,研究含裂纹压力容器的焊接残余应力场重新分布的问题,计算了有裂纹残余应力作用下的裂纹应力强度因子,并与采用无裂纹残余应力场下的应力强度因子进行了对比分析。结果表明,与基于无裂纹残余应力场的应力强度因子相比,基于含裂纹压力容器接口焊件应力场的应力强度因子要更低,更接近真实的应力强度因子。裂纹的几何尺寸形状对残余应力的分布产生影响。同时利用有限元计算的外推法计算部分尺寸裂纹的应力强度因子,以此作为参考值,拟合获得各种尺寸裂纹的应力强度因子修正系数,得到计算内压与残余应力作用下的裂纹应力强度因子的计算式。利用裂纹应力强度因子的计算式计算确定含裂纹压力容器的极限内压值。