焊接殘余應(yīng)力對鋼桁架節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能的影響分析.pdf

1、在大型鋼結(jié)構(gòu)建筑的建設(shè)當(dāng)中，焊接工藝常用于鋼材的連接，以制作成穩(wěn)定可靠的節(jié)點(diǎn)。然而，焊接過程常伴隨著急劇的溫度變化，使得構(gòu)件內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這種殘余應(yīng)力會(huì)對鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能產(chǎn)生一定的影響，嚴(yán)重時(shí)能使橋梁出現(xiàn)安全問題。因此，有必要研究焊接殘余應(yīng)力對橋梁鋼桁架節(jié)點(diǎn)力學(xué)性能的影響，以便采取一定的保護(hù)措施來減弱或消除這種影響。
　　本文首先收集整理了焊接工藝的原理，焊接工藝中常用的熱源，以及熱量的熱傳導(dǎo)定律。同時(shí)介紹了溫度場方程，為

2、焊接過程中溫度場與應(yīng)力應(yīng)變場耦合作用的有限元模擬提供理論基礎(chǔ)。進(jìn)一步闡述了利用大型通用有限元軟件ANSYS對焊接過程進(jìn)行數(shù)值模擬的過程。模擬中采用間接法，即先計(jì)算溫度場，然后將溫度場的結(jié)果導(dǎo)入模型中，計(jì)算應(yīng)力應(yīng)變場。
　　本文選取具有代表性的K型鋼箱桁架節(jié)點(diǎn)深入討論了溫度場的有限元模擬，結(jié)合具體的手工焊接工藝參數(shù)，采用控制變量法改變材料的物理參數(shù)進(jìn)行研究。在熱源選取上，選擇和焊接工藝實(shí)際情況相類似的高斯分布熱流函數(shù)，在計(jì)算焊接熱源

3、位移中，采用有限元APDL編程實(shí)現(xiàn)熱源位置的移動(dòng)。通過對焊接溫度場分布研究發(fā)現(xiàn)，在冷卻前期，溫度場核心溫度下降較快，當(dāng)核心溫度降至200℃左右時(shí)，冷卻過程趨于穩(wěn)定，當(dāng)冷卻時(shí)間到達(dá)3600s后基本接近室溫，可以認(rèn)為此時(shí)焊接構(gòu)件與空氣對流系數(shù)為零。
　　然后本文根據(jù)時(shí)程溫度場結(jié)果，分析了焊接縫的冷卻期間的應(yīng)力場變化規(guī)律，在冷卻過程中，焊縫位置處極值應(yīng)力呈逐漸增大的趨勢，最終在K型節(jié)點(diǎn)的銳角處焊縫殘余應(yīng)力達(dá)到了223MPa。進(jìn)一步地，根

4、據(jù)K型節(jié)點(diǎn)的焊接殘余應(yīng)力分析結(jié)果，研究了殘余應(yīng)力對K型節(jié)點(diǎn)的極限承載能力的影響，研究結(jié)果表明:當(dāng)以局部應(yīng)力超過屈服應(yīng)力為極限承載能力判定界限時(shí)，殘余應(yīng)力對焊縫處的極限荷載系數(shù)影響較大，最大影響量達(dá)到了60％;當(dāng)以K型節(jié)點(diǎn)整體屈服為極限承載能力判定界限時(shí)，單條焊縫的殘余應(yīng)力場對整體極限承載能力影響不大。
　　同時(shí)，為了準(zhǔn)確模擬K型節(jié)點(diǎn)在實(shí)際工程結(jié)構(gòu)中的極限承載能力，本文提出了一種梁單元和三維精細(xì)實(shí)體單元耦合分析方法，可較為準(zhǔn)確的獲得