鋼桁架橋梁節(jié)點(diǎn)的焊接殘余應(yīng)力有限元模擬.pdf

1、由于焊接結(jié)構(gòu)的諸多優(yōu)點(diǎn)，焊接結(jié)構(gòu)已日益廣泛地應(yīng)用于工業(yè)，船舶，建筑，橋梁建設(shè)中。近年來，隨著焊接材料的發(fā)展，焊接技術(shù)和焊接工藝的不斷進(jìn)步和完善，焊接結(jié)構(gòu)日趨大型化。特別是在高層建筑和大跨橋梁領(lǐng)域，大型和超大型的焊接結(jié)構(gòu)日漸增多，但是由于焊接殘余應(yīng)力的存在經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致焊接結(jié)構(gòu)性能的下降，例如使結(jié)構(gòu)的抗疲勞、抗脆斷、抗應(yīng)力腐蝕的能力降低，使構(gòu)件的穩(wěn)定性下降，增大壓桿的失穩(wěn)性等。因而對(duì)重大焊接結(jié)構(gòu)，從經(jīng)濟(jì)和消除應(yīng)力的可能性方面考慮，有必要準(zhǔn)確地

2、了解焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力分布規(guī)律，以便采取相應(yīng)的措施進(jìn)行控制消除。 焊接是一個(gè)局部快速加熱到高溫，并隨后快速冷卻的過程。隨著熱源的移動(dòng)，整個(gè)焊件的溫度隨時(shí)間和空間急劇變化，材料的物理性能參數(shù)也隨溫度劇烈變化，同時(shí)還存在熔化和相變時(shí)的潛熱現(xiàn)象。因此，焊接溫度場(chǎng)的分析屬于典型的非線性瞬態(tài)熱傳導(dǎo)問題。因?yàn)楹附訙囟葓?chǎng)分布十分不均勻，在焊接過程中和焊后將產(chǎn)生相當(dāng)大的焊接應(yīng)力和變形。焊接應(yīng)力和變形的計(jì)算中既有大應(yīng)變、大變形等幾何非線性問題又有

3、彈塑性變形等材料非線性問題。焊接溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)是雙向耦合的，由于應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)對(duì)溫度場(chǎng)的影響比較小，加上計(jì)算條件的限制，本文只考慮溫度場(chǎng)對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的影響這一單向耦合。 本文首先對(duì)焊接過程中的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的基本理論和數(shù)值模擬分析方法進(jìn)行了闡述。在數(shù)值模擬計(jì)算過程中，本文采用ANSYS軟件的熱—結(jié)構(gòu)耦合功能，利用間接耦合法，考慮了焊接溫度場(chǎng)對(duì)應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的單向耦合，對(duì)K型橋梁節(jié)點(diǎn)焊接過程中以及焊后的溫度場(chǎng)進(jìn)行模擬計(jì)算。為了提高收斂速度，本

4、文對(duì)高溫時(shí)的材料物理性能參數(shù)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)倪x取和處理，對(duì)焊縫處網(wǎng)格進(jìn)行細(xì)化，選取高斯函數(shù)分布的熱源模型，并利用ANSYS軟件的APDL語(yǔ)言編寫程序?qū)崿F(xiàn)焊接熱源的移動(dòng)加載。最后通過后處理，給出了焊接溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)變化圖，不同時(shí)刻焊縫處各點(diǎn)的溫度分布曲線，并描述了焊縫中心線及其熱響應(yīng)區(qū)各點(diǎn)的熱循環(huán)。 在溫度場(chǎng)計(jì)算準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，將相應(yīng)的熱單元轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)單元，進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力的計(jì)算。通過后處理，給出了橋梁節(jié)點(diǎn)上各部位的熱應(yīng)力分布曲線以及焊縫