本文關(guān)鍵詞：建筑鋼結(jié)構(gòu)中典型焊接接頭殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：人口與土地資源的相互制約,城市化進(jìn)程的推進(jìn),驅(qū)使著城市建筑向空間發(fā)展;與此同時(shí),不可再生的自然資源的不斷消耗,“綠色建筑”及可再生建筑材料已成為一種必然的發(fā)展趨勢(shì)。這些因素都對(duì)建筑結(jié)構(gòu)及材料提出更高的要求。鋼結(jié)構(gòu)由于具有比重輕、強(qiáng)度高、力學(xué)性能優(yōu)越、抗震性能好、生產(chǎn)效率高、施工快、可再次利用及符合可持續(xù)發(fā)展政策等一系列的優(yōu)點(diǎn),所以鋼結(jié)構(gòu)被廣泛運(yùn)用于建筑中,且在整個(gè)建筑當(dāng)中所占的比例也越來(lái)越高。近年來(lái)隨著大跨度和高層、超高層鋼結(jié)構(gòu)的快速發(fā)展,其對(duì)鋼材在承載能力、經(jīng)濟(jì)性及使用性能等綜合性能上的要求也越來(lái)越高。與此同時(shí),高強(qiáng)度鋼材憑借其在構(gòu)件受力、建筑表現(xiàn)、結(jié)構(gòu)安全性和耐久性以及環(huán)境可持續(xù)發(fā)展等方面的顯著優(yōu)勢(shì),得到工業(yè)界的廣泛重視和應(yīng)用。焊接作為一種常用的制造及加工方法,因?yàn)槠溥B接性能好、焊接結(jié)構(gòu)剛度大、整體性好、焊接工藝適應(yīng)性廣等一系列優(yōu)點(diǎn)而被廣泛的應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中。然而構(gòu)件在焊接過(guò)程中,由于經(jīng)受局部的加熱和冷卻,因此在焊件中會(huì)形成了極不均勻的溫度場(chǎng),導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和變形。焊接殘余應(yīng)力不僅是引起焊接裂紋的主要原因,也是降低接頭疲勞強(qiáng)度,誘發(fā)應(yīng)力腐蝕裂紋和增大結(jié)構(gòu)脆性斷裂危險(xiǎn)性的重要因素。同時(shí),焊接變形不僅會(huì)影響產(chǎn)品的外觀,降低產(chǎn)品的質(zhì)量,而且還會(huì)帶來(lái)裝配上的問(wèn)題,矯正焊接變形會(huì)延長(zhǎng)生產(chǎn)周期和增加制造成本。因此,在實(shí)際焊接生產(chǎn)中如何有效地預(yù)測(cè)和控制焊接殘余應(yīng)力與變形是一個(gè)非常重要的研究課題。而使用試驗(yàn)方法測(cè)量殘余應(yīng)力費(fèi)用高,效率低,大部分方法也只能測(cè)量表層的應(yīng)力。隨著數(shù)值模擬技術(shù)的進(jìn)步,數(shù)值方法被越來(lái)越多的應(yīng)用在殘余應(yīng)力和焊接變形的預(yù)測(cè)。本文基于通用有限元軟件ABAQUS,開(kāi)發(fā)了用以模擬多層多道焊接過(guò)程的熱-彈-塑性有限元計(jì)算方法。利用所開(kāi)發(fā)的計(jì)算方法,計(jì)算了Q345平板對(duì)接接頭的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和焊接變形,并比較了移動(dòng)熱源與瞬間熱源在計(jì)算時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn),同時(shí)通過(guò)試驗(yàn)方法驗(yàn)證了數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。采用數(shù)值計(jì)算和試驗(yàn)手段結(jié)合的方法研究了焊接順序?qū)ぷ咒搶?duì)接接頭殘余應(yīng)力分布的影響。采用數(shù)值模擬的方法模擬了T型接頭、箱型柱和直焊縫圓管三種建筑結(jié)構(gòu)中常用的接頭,初步了解了其殘余應(yīng)力分布特點(diǎn)。使用有限元計(jì)算方法,計(jì)算了Q345、Q460、Q690、Q960四種不同屈服強(qiáng)度鋼材平板對(duì)接接頭的焊接應(yīng)力場(chǎng),初步探究了材料屈服強(qiáng)度對(duì)焊接殘余應(yīng)力分布的影響。研究結(jié)果表明:瞬間熱源和移動(dòng)熱源的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果十分接近,都與試驗(yàn)結(jié)果符合良好,移動(dòng)熱源計(jì)算的焊接變形更接近試驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù),但瞬間熱源能夠節(jié)省較多的計(jì)算時(shí)間;焊接順序?qū)ぷ咒搶?duì)接接頭腹板上的應(yīng)力分布影響顯著,甚至能改變其應(yīng)力符號(hào),對(duì)翼板則只改變應(yīng)力大小而不影響應(yīng)力分布趨勢(shì);T型接頭焊縫區(qū)域存在較大的縱向殘余拉應(yīng)力;箱型柱四個(gè)角點(diǎn)為殘余應(yīng)力拉應(yīng)力,截面板件中部喂殘余壓應(yīng)力;直焊縫圓管整體應(yīng)力水平低,焊縫處存在較大的軸向殘余拉應(yīng)力;不同屈服強(qiáng)度鋼材對(duì)接接頭的應(yīng)力分布特征相似,隨著屈服強(qiáng)度提高,殘余應(yīng)力值也變大。本研究開(kāi)發(fā)的數(shù)值方法為鋼結(jié)構(gòu)焊接溫度場(chǎng)、殘余應(yīng)力和焊接變形的理論預(yù)測(cè)提供一定的理論基礎(chǔ),對(duì)實(shí)際生產(chǎn)制造過(guò)程具有一定的指導(dǎo)價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：數(shù)值模擬 鋼結(jié)構(gòu) 接頭形式 屈服強(qiáng)度 殘余應(yīng)力
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TG404
【目錄】：

• 中文摘要3-5
• 英文摘要5-10
• 1 緒論10-20
• 1.1 選題背景及意義10-11
• 1.2 焊接數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.1 焊接溫度場(chǎng)的研究11-12
• 1.2.2 焊后殘余應(yīng)力和焊接變形的研究12-13
• 1.3 建筑結(jié)構(gòu)鋼結(jié)構(gòu)數(shù)值模擬的難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)13-15
• 1.4 焊接殘余應(yīng)力與變形的預(yù)測(cè)方法15-16
• 1.5 焊接殘余應(yīng)力與變形的影響因素及其控制措施16-18
• 1.6 本文研究的內(nèi)容18-19
• 1.7 本章小結(jié)19-20
• 2 有限元計(jì)算方法及焊接熱源模型20-36
• 2.1 研究?jī)?nèi)容20
• 2.2 試驗(yàn)方法20-22
• 2.3 溫度場(chǎng)計(jì)算模型22-26
• 2.3.1 有限元分析流程22
• 2.3.2 幾何模型和網(wǎng)格劃分22-23
• 2.3.3 材料的熱物理性能參數(shù)23-24
• 2.3.4 熱源模型24-26
• 2.3.5 焊接熱過(guò)程計(jì)算26
• 2.4 溫度場(chǎng)結(jié)果分析與討論26-29
• 2.4.1 溫度場(chǎng)云圖26-28
• 2.4.2 焊接熱循環(huán)曲線28-29
• 2.5 應(yīng)力應(yīng)變計(jì)算模型29-31
• 2.5.1 有限元模型29
• 2.5.2 材料的力學(xué)性能參數(shù)29-30
• 2.5.3 力學(xué)邊界條件30
• 2.5.4 應(yīng)力計(jì)算30-31
• 2.6 模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比31-33
• 2.6.1 計(jì)算時(shí)間31
• 2.6.2 縱向殘余應(yīng)力31-32
• 2.6.3 角變形32-33
• 2.7 本章小結(jié)33-36
• 3 焊接順序?qū)ぷ咒搶?duì)接接頭殘余應(yīng)力的影響36-50
• 3.1 引言36
• 3.2 試驗(yàn)方案36-37
• 3.3 有限元計(jì)算方法37-40
• 3.4 結(jié)果比較與討論40-48
• 3.4.1 溫度場(chǎng)40-41
• 3.4.2 焊接殘余應(yīng)力41-48
• 3.5 本章小結(jié)48-50
• 4 不同接頭類(lèi)型焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬50-66
• 4.1 引言50
• 4.2 計(jì)算案例50-51
• 4.3 T型接頭51-56
• 4.3.1 幾何模型51-52
• 4.3.2 計(jì)算結(jié)果及分析52-56
• 4.4 箱型柱56-60
• 4.4.1 幾何模型56-57
• 4.4.2 計(jì)算結(jié)果及討論57-60
• 4.5 直焊縫圓管60-64
• 4.5.1 幾何模型60-61
• 4.5.2 數(shù)值計(jì)算結(jié)果與討論61-64
• 4.6 本章小結(jié)64-66
• 5 不同屈服強(qiáng)度的平板對(duì)接接頭數(shù)值模擬66-74
• 5.1 引言66-67
• 5.2 計(jì)算案例67
• 5.3 有限元計(jì)算方法67-68
• 5.4 模擬結(jié)果與討論68-73
• 5.4.1 Mises應(yīng)力云圖68-69
• 5.4.2 縱向殘余應(yīng)力和橫向殘余應(yīng)力云圖69-73
• 5.5 本章小結(jié)73-74
• 6 結(jié)論74-76
• 致謝76-78
• 參考文獻(xiàn)78-82
• 附錄A. 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文82

【相似文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

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  本文關(guān)鍵詞：建筑鋼結(jié)構(gòu)中典型焊接接頭殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：279534