鋼管拱橋T型相貫節(jié)點(diǎn)焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬分析.pdf

1、鋼結(jié)構(gòu)以其剛度高、自重輕、易于施工、抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)，一直是被廣泛采用的一種工程結(jié)構(gòu)，近百年來(lái)得到了快速的發(fā)展。鋼管由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、抗疲勞、抗沖擊能力較強(qiáng)，也成為了工程師青睞的對(duì)象，隨著鋼管結(jié)構(gòu)和鋼管—混凝土組合結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用，也開(kāi)始嘗試鋼管桁架拱橋。鋼管的連接普遍采用焊接，但由于焊接殘余應(yīng)力的存在，可能會(huì)導(dǎo)致焊縫處結(jié)構(gòu)性能的降低，譬如降低了結(jié)構(gòu)的抗疲勞、抗應(yīng)力腐蝕能力和穩(wěn)定性能等。同時(shí)焊接殘余變形也直接影響構(gòu)件的加工精度，進(jìn)而影響構(gòu)件的

2、受力穩(wěn)定性。因此對(duì)于重大得橋梁工程鋼結(jié)構(gòu)，從經(jīng)濟(jì)、安全等方面考慮，對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力和變形分布規(guī)律的準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)和控制變得尤為重要。
　　首先，本文闡述了焊接殘余應(yīng)力的概念和產(chǎn)生的原因及對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響，綜述了焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬技術(shù)的特點(diǎn)以及溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的研究歷史和發(fā)展。其次，對(duì)焊接的傳熱過(guò)程進(jìn)行了理論分析，并介紹了溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)有限元計(jì)算方法。然后，基于ANSYS對(duì)鋼管結(jié)構(gòu)最常用的T型相貫節(jié)點(diǎn)的焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行了三維有限

3、元數(shù)值模擬，對(duì)單元類型的選擇、網(wǎng)格尺寸的劃分、時(shí)間步長(zhǎng)的選擇以及邊界條件的選取進(jìn)行了研究。采用形狀規(guī)則的無(wú)中間節(jié)點(diǎn)的三維實(shí)體六面體單元，在近熱源區(qū)域采用極細(xì)網(wǎng)格，遠(yuǎn)離熱源區(qū)域則采用稀疏網(wǎng)格，用相對(duì)局部坐標(biāo)實(shí)現(xiàn)焊接熱源的加載，用單元生死技術(shù)實(shí)現(xiàn)焊縫金屬填充過(guò)程的模擬。采用雙橢球熱源模型模擬焊接熱源，并通過(guò)ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言APDL編程實(shí)現(xiàn)了模擬熱源移動(dòng)，得出了T型相貫節(jié)點(diǎn)的焊接溫度場(chǎng)、殘余應(yīng)力及應(yīng)變的分布規(guī)律，與經(jīng)典理論相符合。最后