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原文传递正交异性钢桥面板纵、横肋焊接残余应力数值模拟

论文题名：	正交异性钢桥面板纵、横肋焊接残余应力数值模拟
关键词：	正交异性钢桥;面板结构;纵肋焊接;横肋焊接;残余应力;数值模拟
摘要：	正交异性钢桥面板由于各方面具有的独特优势，于现代桥梁建设中得到越来越广泛地认可与使用。然而随着服役时间的增加，许多桥面板上已经涌现出不同程度的疲劳问题，对结构的使用性和安全性造成了非常严重的影响。　　正交异性钢桥面板结构复杂，纵肋、横肋等焊接到桥面板上，焊接所产生的残余应力以及应力集中对疲劳强度有着极为不利的影响。本文针对此特殊构造，模拟其焊接加工过程并计算焊后残余应力值，得出该结构残余应力整体分布情况，重点关注极易出现裂纹处的焊接残余应力分布状况。论文主要工作如下: 　　首先，介绍了正交异性钢桥面板及其由焊接引发的疲劳问题，再分别概括了焊接残余应力的定义、分类、产生的原因和对结构的影响，总结归纳了有哪些实验测试方法以及简要叙述了它的消除方式，并结合实验所用测试方法以及残余应力消除措施做了进一步说明。　　其次，有针对性地论述了有限元分析理论在焊接中的应用及其特点，并总结了有限元模拟焊接过程涉及的关键技术。列出了焊接热过程中传热基本形式、有限元方法分析的基本方程，进一步阐述了对于涉及非线性瞬态问题时，分析所用离散方法。同时，简要说明了在有限元分析焊接应力场时所用基本理论与准则。　　然后，对基于ANSYS软件的热分析方法进行概述。详细总结了模拟焊接温度场、应力场的步骤及方法，其中待解决的关键问题有:模型的建立、网格的划分、单元的选择、热源的选择、边界条件的确定、荷载的施加、温度场与应力场之间的耦合、模拟热源的移动、焊缝逐步成形的关键技术以及荷载步的确定。　　最后，依据上述理论研究并参照实验模型建立计算模型。确立采用三维有限元数值方法模拟其温度场及应力场，针对问题选取形状规则的无中间节点的六面体实体单元以及一定温度范围内的材料热物理参数，合理规划网格划分密度，边界条件选择室温且结合实际情况确定采用双椭球热源模型，并对热源参数的选取进行评定，采用参数化设计语言编写程序实现热源移动;应力场计算时，施加边界条件限制刚体位移并读入计算所得的温度荷载，再利用生死单元法模拟焊缝的逐步填充。首先计算得到U肋焊于桥面板的温度场和应力场分布;在此基础上拼装横隔板，继而研究两种不同横隔板构造下各自残余应力分布状况，主要对两种结果进行对比分析，综合评判哪种构造细节应力分布对结构整体疲劳强度更为有利;再对加焊横隔板前后U肋焊缝残余应力分布变化做了简单分析;最后用实验所测数据对计算结果进行校核验证计算值的可靠性，为优化焊接结构、选择更合理的焊接形式提供重要依据。同时，本文数值模拟所得的残余应力大小和分布情况为今后评价结构的疲劳强度做好了铺垫。
作者：	康玲
专业：	建筑与土木工程
导师：	李亚东
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2015
正文语种：	中文