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原文传递钢桥不等厚钢板对接焊缝焊接残余应力研究

论文题名：	钢桥不等厚钢板对接焊缝焊接残余应力研究
关键词：	焊接残余应力;不等厚钢板焊接;双椭球热源模型;盲孔法
摘要：	钢结构桥梁由于其造型美观、跨度大、自重轻，便于架设安装等一系列优势，在现代公路桥梁建设中被广泛使用，焊接作为一种主流的钢箱梁制造连接方法，目前也被广泛应用于钢结构桥梁的加工制作。随着钢桥建造技术的进步，为了满足经济性要求，钢桥加工制作过程中往往会出现较多不等厚钢板对接焊缝。相较于普通的等厚钢板对接，不等厚钢板对接焊缝的残余应力分布规律更为复杂，但目前仍缺少对不等厚钢板对接焊缝残余应力的研究，针对这一问题，本文以16mm与24mm厚度的Q345qD钢板对接焊钢板为研究对象，利用数值模拟的方法并结合试验测量，对不等厚钢板对接焊缝焊接残余应力进行了研究，主要内容如下：　　（1）介绍了我国钢结构桥梁的发展背景，概括归纳了焊接残余应力的概念、焊接残余应力产生的原因以及焊接残余应力对结构的不利影响；对焊接残余应力基础理论、焊接残余应力温度场和应力场以及研究现状三个方面进行了总结。　　（2）总结归纳了焊接过程有关的有限元分析理论，介绍了温度场计算的有限元方程及有限元模拟的传热形式，总结了应力场计算的有限元方法，介绍了两种热力耦合方法。　　（3）基于ABAQUS有限元模拟软件，对过渡坡度为1:2.5的不等厚钢板对接焊缝进行了数值模拟，计算分析了焊接残余应力。介绍了本文焊接模拟实现的具体方法，包括模型的简化、几何模型的建立和网格的划分、单元选择、材料属性、边界条件和生死单元技术的运用，以及热源的选择和热源模型各参数大小的确定与验证。最终得到了整体试件以及不同路径上残余应力的分布规律，且不等厚钢板焊接残余应力分布及大小与普通等厚钢板焊接应力有极大的不同。　　（4）采用盲孔法对不等厚钢板对接焊缝试件进行了残余应力测量，针对盲孔法测量高应力时误差较大这一问题，本文对盲孔法的应变释放系数进行了塑性修正，得到不同阶段盲孔法测量残余应力的计算公式，提高了盲孔法在高应力测量时的精度。利用修正后得到的试验结果，对前文数值模拟得到的残余应力结果进行了验证，证明了数值模拟结果的准确性。　　（5）本文设计了不同坡度的不等厚钢板焊接试件，研究了不同坡度对不等厚钢板焊接残余应力的影响。利用盲孔法，对不同坡度的不等厚钢板的焊接试件进行了残余应力测量，以此验证有限元模拟结果的正确性，随后将不同坡度有限元结果进行对比，得到了不同过渡坡度对焊接钢板试件残余应力分布的影响规律，发现选取合适大小的过渡坡度可以减小残余应力并兼顾经济性要求。　　通过本文的研究可以初步了解不等厚钢板焊接残余应力的分布规律，为我国的钢结构桥梁制造提供一定的参考。
作者：	巨航瑞
专业：	建筑与土木工程
导师：	赵建锋
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2022