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球管焊接数值模拟及焊接残余应力影响因素研究

袁志军

  焊接球节点是大跨度钢结构中常用的节点形式,由于节点的成形特点节点焊缝中存在较高的残余应力。研究残余应力的大小与分布及其影响因素将有助于节点在工程中的应用。同时焊接数值模拟技术的发展也为焊接技术的发展创造了有力的条件,使得焊接技术正在发生着由经验到科学、由定性到定量的飞跃。综合利用数值模拟与实验方法可有效降低节点工程应用成本。 本文利用现有通用有限元软件ANSYS,并结合其APDL二次开发功能,编制了单管与球焊接、双管与球焊接及四管与球焊接的几何与有限元建模程序;同时运用有限元提供的单元生死功能,编制了温度场与应力应变场分析计算控制程序。根据钢网架焊接球节点设计规程要求,系列化的分析了焊接参数中诸如钢球直径、壁厚、管径、焊接顺序及焊接速度对对温度场与应力场的影响,为工程实践提供参考与指导,在此基础上还对双管、四管在钢管焊接角度对其温度与应力场进行了分析研究,得到了各焊接节点处焊缝在不同路径上的应力分布情况。 从损伤理论出发,结合初始应力问题基本理论,分析推导了在焊接损伤(初应力)下的解析过程;并利用ANSYS程序对比分析了无初始残余应力损伤及有初始焊接残余应力损伤下焊接球节点的静力力学性能,发现了焊接残余应力对焊接球节点静载荷承载力没有影响的规律,但对其节点刚度方面的削弱影响较为明显。 为了解焊接模拟分析的可靠性,本文利用盲孔法对两对组球管焊接件的焊缝处残余应力进行了分析测试研究。实验分析表明,球管焊接节点焊缝应力测试时盲孔深度与钻孔钻头直径的关系,获得了部分控制点的焊接残余应力,结果表明实验应力与模拟应力较为吻合。 本研究将有助于了解球管焊接节点的残余应力的分布情况及为控制残余应力大小的一些实用性方法,为该类节点工程应用提供基础。……   
[关键词]:焊接球节点;球管焊接;焊接温度场;残余应力;焊接参数
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:南昌大学2010年