焊接殘余應力對鋼桁架節(jié)點力學性能的影響分析.pdf

1、在大型鋼結構建筑的建設當中，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。然而，焊接過程常伴隨著急劇的溫度變化，使得構件內部產生殘余應力。這種殘余應力會對鋼結構構件的力學性能產生一定的影響，嚴重時能使橋梁出現(xiàn)安全問題。因此，有必要研究焊接殘余應力對橋梁鋼桁架節(jié)點力學性能的影響，以便采取一定的保護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，以及熱量的熱傳導定律。同時介紹了溫度場方程，為

2、焊接過程中溫度場與應力應變場耦合作用的有限元模擬提供理論基礎。進一步闡述了利用大型通用有限元軟件ANSYS對焊接過程進行數(shù)值模擬的過程。模擬中采用間接法，即先計算溫度場，然后將溫度場的結果導入模型中，計算應力應變場。
　　本文選取具有代表性的K型鋼箱桁架節(jié)點深入討論了溫度場的有限元模擬，結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)進行研究。在熱源選取上，選擇和焊接工藝實際情況相類似的高斯分布熱流函數(shù)，在計算焊接熱源

3、位移中，采用有限元APDL編程實現(xiàn)熱源位置的移動。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，當核心溫度降至200℃左右時，冷卻過程趨于穩(wěn)定，當冷卻時間到達3600s后基本接近室溫，可以認為此時焊接構件與空氣對流系數(shù)為零。
　　然后本文根據(jù)時程溫度場結果，分析了焊接縫的冷卻期間的應力場變化規(guī)律，在冷卻過程中，焊縫位置處極值應力呈逐漸增大的趨勢，最終在K型節(jié)點的銳角處焊縫殘余應力達到了223MPa。進一步地，根

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