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特厚板对接多道焊温度与应力仿真分析
| 论文题名： | 特厚板对接多道焊温度与应力仿真分析 |
| 关键词： | 特厚板;对接焊;温度场;残余应力 |
| 摘要： | 随着钢结构技术的发展，厚钢板和特厚钢板在桥梁及其它大型结构工程中的应用越来越广泛。虽然厚钢板构件的刚度大，但焊接中极易产生残余应力集中，有时达到屈服强度，影响结构的使用性能。本研究以重庆江津观音岩长江大桥的1:1模型焊接试验为课题背景，利用有限元软件ANSYS对焊接残余应力模拟分析。 焊接过程中施加的局部的依从于时间的集中热输入，使焊接部位形成熔化区，这正是引起焊接残余应力和焊接变形的根源。因金属材料中热传播速度很快，焊接时以高度集中的热源导致焊接的温度场也是非常不均匀和不稳定。利用能量守恒原理导出温度场的微积分传导公式，根据焊接过程的限制和约束确定微分方程的边值条件，再利用变分原理导出温度场有限元的一般公式。 焊缝焊趾处出现集中应力，其值有的达到焊缝的屈服强度，因此在本构分析过程中材料塑性变形采用随动强化理论硬化模型，用简化的Bauschinger效应近似分析。焊接的温度场是随时间变化的，焊接残余应力也随温度同步变化，即由温度场引起的焊接残余应力属于非保守力系。然而焊缝在塑性区的变形不仅取决于其最终状态的受力，而且和加载路径有关(即焊接多道焊的顺序和焊缝的变形路径)有关，因此在弹塑性理论本构分析中只有按增量方法建立起来的理论才能追踪整个加载路径。分析热与结构的耦合作用时将温度场作为惯性荷载，根据热弹塑性动力学方法分析不稳定温度场。 本研究的模拟对象为厚度80mm的特厚焊接钢板焊接，焊接方式为X型坡口对接焊，研究的材料是Q370QE。文中应用ANSYS软件对焊接模型进行有限元建模，按照焊接工艺顺序，通过单元形心坐标比较提取焊缝处单元，利用ANSYS单元生死技术模拟焊缝的动态填充，此分析具有的模型规模大、加载时间长和非线性求解等特点，因此采用热与结构间接耦合方式分析，即先进行热分析，再将其单元转换成结构单元，把热作为结构荷载加入结构分析中完成热与结构的耦合分析。 利用ANSYS的后处理器功能绘制了焊接过程中的残余应力图，经分析得出焊接残余应力仿真结果与观音岩长江大桥的焊接试验结果相吻合，验证模拟分析的误差在焊接残余应力测量仪器的误差之内，但存在一定误差。 |
| 作者： | 王淋 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 刘小渝;沈小俊 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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