以核電設(shè)備中典型結(jié)構(gòu)材料奧氏體不銹鋼、鎳合金和低合金高強(qiáng)鋼的焊接接頭為研究對象，采用物理實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬技術(shù)相結(jié)合的方法，對焊接殘余應(yīng)力理論預(yù)測的若干基礎(chǔ)問題進(jìn)行深入研究。一方面通過設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)方案，測量母材和焊縫金屬的高溫力學(xué)性能、固態(tài)相變相關(guān)參數(shù)和退火效應(yīng)溫度等，為數(shù)值模擬提供準(zhǔn)確的材料數(shù)據(jù)。另一方面開發(fā)可變長度熱源模型以及考慮加工硬化、退火效應(yīng)和固態(tài)相變的先進(jìn)材料模型來高效、高精度地模擬厚大焊接接頭的殘余應(yīng)力。利用實(shí)驗(yàn)測量的材料數(shù)據(jù)和所開發(fā)的數(shù)值模擬方法，澄清材料的屈服強(qiáng)度、加工硬化、退火效應(yīng)及固態(tài)相變等對焊接殘余應(yīng)力的影響。本項(xiàng)目的目標(biāo)是通過數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)的反復(fù)比較和驗(yàn)證，最終確立預(yù)測焊接殘余應(yīng)力的高效、高精度熱-冶金-力學(xué)耦合的有限元計(jì)算方法。該數(shù)值模擬方法將是核電設(shè)備中關(guān)鍵焊接接頭結(jié)構(gòu)完整性和使用壽命評價(jià)的有效工具，同時(shí)它也能用于指導(dǎo)制定合理的焊接工藝和優(yōu)化焊接接頭設(shè)計(jì)。

本項(xiàng)目的主要目標(biāo)是開發(fā)高精度材料模型和高效計(jì)算方法來模擬各種焊接接頭的殘余應(yīng)力。在本研究中，重點(diǎn)研究了幾種核電和火電等高端裝備中的異種鋼焊接接頭的殘余應(yīng)力的分布特征以及在建筑鋼結(jié)構(gòu)中的一些典型厚大焊接接頭和結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力分布特征。取得的主要研究成果包括：1）基于實(shí)驗(yàn)測量和數(shù)據(jù)收集，初步建立了包括奧氏體不銹鋼、鎳基合金和低合金高強(qiáng)度鋼在內(nèi)的數(shù)種典型結(jié)構(gòu)材料的溫度依存的熱物理和力學(xué)性能數(shù)據(jù)庫，為準(zhǔn)確計(jì)算這些材料的焊接殘余應(yīng)力奠定了基礎(chǔ)。2）開發(fā)了固態(tài)相變材料模型來高精度地模擬如P91/P92等材料的焊接殘余應(yīng)力。同時(shí)，采用數(shù)值Satoh實(shí)驗(yàn)澄清了固態(tài)相變在焊接殘余應(yīng)力形成過程中所起的作用。3）開發(fā)焊后熱處理計(jì)算方法，研究了焊后熱處理對P91鋼焊接殘余應(yīng)力的影響。4）澄清了加工硬化準(zhǔn)則和退火軟化效應(yīng)對奧氏體不銹鋼和鎳基合金的焊接殘余應(yīng)力計(jì)算精度的影響，針對工程實(shí)際應(yīng)用，在平衡實(shí)用性與計(jì)算精度的條件下，推薦了簡便材料模型。5）針對厚大焊接接頭，在考慮結(jié)構(gòu)和材料特點(diǎn)的前提下，提出了高效的熱源模型來模擬焊接殘余應(yīng)力。6）詳細(xì)研究了SUS304/Q345異種鋼接頭的焊接殘余應(yīng)分布特點(diǎn)。7）開發(fā)高精度的材料模型，數(shù)值模擬了P92/SUS304異種鋼多層多道焊接接頭的殘余應(yīng)力。基于數(shù)值模擬結(jié)果詳細(xì)分析了焊接殘余應(yīng)力的分布特征。8）采用本研究開發(fā)的數(shù)值模擬方法計(jì)算了核電中幾種典型異材焊接接頭的殘余應(yīng)力。 本研究取得的成果使采用數(shù)值模擬方法高精度地預(yù)測復(fù)雜形狀、厚大形狀和異種鋼焊接接頭的殘余應(yīng)力成為了可能。項(xiàng)目取得的研究成果不僅實(shí)質(zhì)性地推動了計(jì)算焊接力學(xué)學(xué)科的發(fā)展，本項(xiàng)目開發(fā)的數(shù)值計(jì)算方法也具備較高工程應(yīng)用價(jià)值，這些計(jì)算方法可以直接用于如核電、火電等高端裝備中典型焊接接頭的殘余應(yīng)力的理論預(yù)測。

消除殘余應(yīng)力是機(jī)械制造領(lǐng)域中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，本項(xiàng)目針對目前消除殘余應(yīng)力方法的局限性以及微觀激勵有效性分析，提出一種消除殘余應(yīng)力的新方法-電擊法。本項(xiàng)目的主要研究內(nèi)容包括：采用微觀動力學(xué)理論，研究脈沖或交變電流消除導(dǎo)電材料內(nèi)部殘余應(yīng)力及脈沖或交變電場消除絕緣材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的機(jī)理；研究不同性質(zhì)材料對殘余應(yīng)力的敏感電參數(shù)，分析電擊法消除材料內(nèi)部殘余應(yīng)力效果在線定量評價(jià)法則；研究實(shí)現(xiàn)電擊法消除殘余應(yīng)力的相關(guān)工藝及關(guān)鍵技術(shù)，研制電擊法消除殘余應(yīng)力裝置的原理性樣機(jī)。.本項(xiàng)目研究成果實(shí)現(xiàn)一種適用于多種材料、綠色環(huán)保、經(jīng)濟(jì)方便的消除殘余應(yīng)力的方法，它將廣泛地應(yīng)用于我國航空、航天、國防、微機(jī)電技術(shù)、納米技術(shù)、生物技術(shù)等涉及到機(jī)械制造的領(lǐng)域，并對其發(fā)展起到積極的推動作用。 2100433B

《殘余應(yīng)力基礎(chǔ)理論及應(yīng)用》一書共分7章。第1章系統(tǒng)闡述了殘余應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理，并說明了殘余應(yīng)力的影響；第2章詳細(xì)介紹了磁測法、超聲波法、X射線法和中子衍射法等殘余應(yīng)力無損檢測技術(shù)；第3章介紹了小孔法、深孔法、切槽法和云紋干涉法等殘余應(yīng)力有損檢測技術(shù)；第4章通過各種實(shí)例，說明了工程檢測特點(diǎn)；第5章介紹了殘余應(yīng)力的調(diào)控與消除方法；第6章介紹了各向異性材料殘余應(yīng)力；第7章結(jié)合殘余應(yīng)力的具體工程應(yīng)用實(shí)例，對預(yù)拉伸板、噴丸成形、表面強(qiáng)化等殘余應(yīng)力加以分析，闡述了殘余應(yīng)力的重要作用，并分析了殘余應(yīng)力對裂紋萌生和擴(kuò)展的影響。全書理論、實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用并重，宏觀和微觀相結(jié)合，既注重理論體系的完整性，又注重工程實(shí)際的應(yīng)用性，其中介紹的典型零件涵蓋了航空、汽車、核電、軌交、橋梁和化工等領(lǐng)域。本書是一部近年來有關(guān)殘余應(yīng)力研究的很好的總結(jié)，也是一部實(shí)用性較強(qiáng)的專業(yè)技術(shù)工具書。

本書可供從事材料、熱處理、表面工程、交通、航空航天、機(jī)械專業(yè)的技術(shù)人員與科研人員參考閱讀，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)師生的參考書。

業(yè)務(wù)預(yù)測涉及的基本問題包括以下幾點(diǎn)。

（1）基礎(chǔ)資料的收集和信息資源的充分利用。編制人員一定要盡最大努力獲得一手資料，即盡最大努力深入一線前沿實(shí)地調(diào)查，到營業(yè)廳、網(wǎng)管、計(jì)費(fèi)、經(jīng)分、客服等地方收集資料。上報(bào)資料即二手資料要盡量核實(shí)后采用，避免上報(bào)口徑誤差與人為誤差。

（2）預(yù)測基礎(chǔ)量和派生量的選擇確定。

（3）基本參數(shù)的設(shè)定。

（4）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)口徑的統(tǒng)一及與國內(nèi)、國際的接軌。

（5）預(yù)測結(jié)果所處范圍的合理性的審定。

（6）預(yù)測結(jié)果與環(huán)境分析部分內(nèi)容吻合性的審定。

（7）預(yù)測結(jié)果的修正。