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焊接残余应力对钢桁架节点力学性能的影响分析
| 论文题名： | 焊接残余应力对钢桁架节点力学性能的影响分析 |
| 关键词： | 桥梁结构;钢桁架节点;焊接残余应力;屈服应力;极限承载能力 |
| 摘要： | 在大型钢结构建筑的建设当中，焊接工艺常用于钢材的连接，以制作成稳定可靠的节点。然而，焊接过程常伴随着急剧的温度变化，使得构件内部产生残余应力。这种残余应力会对钢结构构件的力学性能产生一定的影响，严重时能使桥梁出现安全问题。因此，有必要研究焊接残余应力对桥梁钢桁架节点力学性能的影响，以便采取一定的保护措施来减弱或消除这种影响。 本文首先收集整理了焊接工艺的原理，焊接工艺中常用的热源，以及热量的热传导定律。同时介绍了温度场方程，为焊接过程中温度场与应力应变场耦合作用的有限元模拟提供理论基础。进一步阐述了利用大型通用有限元软件ANSYS对焊接过程进行数值模拟的过程。模拟中采用间接法，即先计算温度场，然后将温度场的结果导入模型中，计算应力应变场。 本文选取具有代表性的K型钢箱桁架节点深入讨论了温度场的有限元模拟，结合具体的手工焊接工艺参数，采用控制变量法改变材料的物理参数进行研究。在热源选取上，选择和焊接工艺实际情况相类似的高斯分布热流函数，在计算焊接热源位移中，采用有限元APDL编程实现热源位置的移动。通过对焊接温度场分布研究发现，在冷却前期，温度场核心温度下降较快，当核心温度降至200℃左右时，冷却过程趋于稳定，当冷却时间到达3600s后基本接近室温，可以认为此时焊接构件与空气对流系数为零。 然后本文根据时程温度场结果，分析了焊接缝的冷却期间的应力场变化规律，在冷却过程中，焊缝位置处极值应力呈逐渐增大的趋势，最终在K型节点的锐角处焊缝残余应力达到了223MPa。进一步地，根据K型节点的焊接残余应力分析结果，研究了残余应力对K型节点的极限承载能力的影响，研究结果表明:当以局部应力超过屈服应力为极限承载能力判定界限时，残余应力对焊缝处的极限荷载系数影响较大，最大影响量达到了60％;当以K型节点整体屈服为极限承载能力判定界限时，单条焊缝的残余应力场对整体极限承载能力影响不大。 同时，为了准确模拟K型节点在实际工程结构中的极限承载能力，本文提出了一种梁单元和三维精细实体单元耦合分析方法，可较为准确的获得K型节点的外荷载水平。 |
| 作者： | 熊忠平 |
| 专业： | 建筑与土木 |
| 导师： | 刘小渝 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2018 |
| 正文语种： | 中文 |
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