激光焊接不锈钢工字形截面中长柱受力性能研究

为研究激光焊接奥氏体不锈钢工字形截面轴心受压中长柱的承载性能,对10根激光焊接不锈钢工字形薄柔截面中长柱进行轴心受压试验研究,结果表明,中长柱的破坏模式均为板件局部屈曲与构件整体弯曲屈曲的相关失稳。同时,基于残余应力试验,验证了已有激光焊接不锈钢工字形截面的残余应力分布模型。基于试验结果验证了有限元模型,对激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压中长柱开展参数分析,研究了几何初始缺陷和残余应力对中长柱稳定承载力的影响,结果表明,残余应力是影响中长柱稳定承载力的主要因素。结合试验和有限元计算结果,对CECS 410:2015《不锈钢结构技术规程》中轴心受压构件稳定承载力设计公式的适用性进行评估,并考虑残余应力的影响修正了轴心受压构件整体稳定设计公式的计算系数。采用修正后计算系数的规范公式能准确计算激光焊接不锈钢工字形截面轴心受压构件的稳定承载力。     

厚钢板对接焊接三维有限元数值模拟与分析

采用有限元数值模拟方法,建立考虑热-固耦合效应的钢板对接焊接的三维有限元模型,运用生死单元技术模拟焊接全过程,从焊接残余变形和残余应力的角度,验证了分析模型的有效性,并分析了板件边界约束、焊接层数与道数、板件厚度、焊接顺序以及施工工艺对计算结果的影响。探讨了简化计算的可能性与正确性,并考虑了保温和设置支撑等施工工艺对焊接施工的影响。研究成果可为设计与施工提供一定的参考。     

连续钢桁架-桁拱组合桥节点的焊接残余应力分析

焊接结构的桥梁应用越来越广泛,而焊接残余应力是影响桥梁钢结构强度的关键因素之一.利用ANSYS有限元分析软件,详细分析了上海嘉定蕴藻浜大桥桁架-桁拱结合节点的焊接残余应力和分布情况,并结合该节点局部应力分析的计算结果,为结构设计和钢结构加工提供一些建议.     

Q460高强钢焊接H形柱轴心受压力学性能数值分析

为了考察国产Q460高强钢焊接H形柱的轴心受压力学性能,对6个已有焊接H形柱的轴心受压试验进行了数值分析。数值分析采用作者编制的数值积分法电算程序和通用有限元软件ANSYS。以考虑了实测初始挠度、初始偏心及简化残余应力分布的数值模型,计算Q460高强钢焊接H形柱轴心受压的极限承载力与荷载-挠度曲线。发现数值积分法与有限单元法所计算试件的荷载-挠度曲线基本重合。为了验证数值模型的准确性,将数值分析结果与已有试验结果进行对比;并通过对比简化残余应力分布模型与实测残余应力分布对试件极限承载力、荷载-挠度曲线的影响,检验简化残余应力分布模型的准确性。结果表明:考虑了初始几何缺陷及简化残余应力模型的数值积分法与有限单元法均可较为准确地预测Q460钢焊接H形柱的受压力学行为。采用简化残余应力模型预测Q460钢焊接H形柱极限承载力较实测残余应力分布偏保守。     

Q460高强钢焊接箱形压弯构件极限承载力数值分析

为了考察国产Q460高强钢焊接箱形压弯构件的力学性能,以数值积分法和有限单元法对7个已有焊接箱形压弯构件试验进行了数值分析。试件宽厚比分别为8、12、18,长细比分别为35、50、80。介绍的数值模型中考虑了实测的初始挠度、初始偏心及残余应力对构件极限承载力的影响,采用简化的残余应力分布模型、实测残余应力分布与理想弹塑性材料模型、线性强化材料模型相组合,对Q460高强钢焊接箱形压弯构件的极限承载力与荷载-挠度曲线进行了数值计算。为了验证数值分析的准确性,将预测结果与已有试验结果进行了对比,分析结果表明:采用相同模型的数值积分法分析结果与有限元分析结果吻合良好;采用理想弹塑性材料模型的计算结果优于采用线性强化材料模型。通过对比采用简化残余应力分布模型与采用实测残余应力分布模型的有限元分析结果,验证了简化残余应力分布模型的准确性。因此,可以利用数值计算方法,采用理想弹塑性材料模型与简化残余应力分布模型进行Q460高强钢压弯构件极限承载力的数值分析,以此作为相对较少的试验数据补充。     

残余应力对局部轴压焊接圆柱壳承载力的影响

焊接钢圆柱薄壳广泛应用于钢筒仓和钢油罐结构中,屈曲通常是该结构的设计控制条件,圆柱薄壳的屈曲在大多数荷载工况下对焊接几何缺陷十分敏感.现有研究标明,焊接残余应力可少量提高均匀轴压圆柱壳的稳定承载力,但对于局部轴压荷载下圆柱薄壳中残余应力的效应,相关的研究很少.采用施加收缩应变法,建立了分别考虑焊接几何缺陷以及考虑或不考虑焊接残余应力焊接圆柱薄壳的数值分析模型,研究了含有周向焊缝、竖向焊缝以及砌砖式焊缝(patterned welds)的局部轴压焊接圆柱壳屈曲行为,通过比较考虑/不考虑残余应力圆柱薄壳的计算结果,得到残余应力对局部轴压圆柱壳承载力的影响.     

钢结构焊接残余应力的ANSYS分析

基于ANSYS平台给出了焊接残余应力数值模拟的计算流程，模拟各种条件下焊接接头残余应力大小和分布，掌握影响残余应力的主要因素，有利于优化焊接工艺设计的改进，指导钢结构工程的连接节点设计与施工。     

小截面焊接工字钢残余应力分布试验研究

为研究小截面焊接工字钢残余应力分布规律,采用分割法,对某经振动台试验后的拉链柱式中心支撑钢框架结构中18个焊接工字形小截面试件的残余应力进行了测量。基于测量数据,得到了残余应力分布和拉、压残余应力的大小,研究了板件宽厚比对残余应力的影响。结果表明,较小截面试件的残余应力与翼缘、腹板宽厚比之间并无明显规律。建议翼缘端部和腹板的中部残余压应力值取0.5f_y(f_y为钢材屈服强度),翼缘中部和腹板端部残余拉应力值取0.8 f_y。基于此,提出了小截面焊接工字钢残余应力分布的简化计算模型,并将模型计算值与试验值进行了对比,绝大部分的实测残余应力值均在简化计算模型计算值的包络范围内。     

钢桥面板焊接应力分析

焊接钢桥越来越广泛应用,焊接残余应力、变形是对桥梁结构质量与耐久性影响较大。焊接过程中产生残余应力可能会降低桥梁的承载能力和疲劳强度甚至诱发裂纹导致灾难性事故,本文通过有限元方法计算了某大桥桥面板焊接应力和分布情况。     

负载下焊接加固钢结构压弯构件的设计方法建议

钢结构负载下焊接加固技术在目前加固工程中已应用广泛,但技术本身影响因素众多,过程控制综合复杂,国内外尚未有系统研究和实用结论。结合影响因素分析结果、国内外试验结果与GB 50017—2003《钢结构设计规范》的计算结果对比,提出了新的负载下焊接加固钢构件的焊接残余变形的建议系数计算式以及负载下焊接加固压弯构件的平面外稳定承载力计算的改进建议。     

平板对接焊的温度场和应力场有限元分析

针对中厚板在焊接过程中存在残余应力和变形,运用ANSYS热-结构的耦合分析功能,对焊接温度场和应力场进行了模拟计算。结果表明,焊缝区及附近存在较大的焊接残余拉应力,应力最大值接近或超过材料的屈服强度,离开焊缝区后焊接残余应力迅速衰减为压应力。     

组合热源电弧焊残余应力数值模拟

用大型有限元分析软件ANSYS,对钢材平板坡口电弧焊的温度场和应力场进行数值模拟。有限元模型选用三维实体单元,考虑材料物理性能随温度变化和对流边界等。采取表面高斯热源与焊缝区体热源相结合的组合热原模型模拟电弧焊的焊接热源。获得了三维电弧焊的焊接温度场和残余应力场,并对计算结果进行了分析,为准确求解焊缝强度、变形及指导钢结构施工设计和合理利用残余应力奠定了理论基础,提供了一种新的思路。     

栓焊混合连接狗骨式梁柱钢节点残余应力有限元分析

焊接作为结构连接的一种重要形式被广泛应用于钢结构中.焊接过程中由于温度梯度产生的焊接残余应力,给实际工程安全带来很大的威胁,所以研究钢结构在焊接过程中产生的残余应力是十分必要的.利用有限元数值模拟软件ANSYS建立狗骨式梁柱节点顶底角钢、焊缝、螺栓混合连接的三维有限元模型,模拟梁柱节点焊接的温度场,在热弹塑性理论基础上求解焊接残余应力.结果表明：构件在焊接过程中主要受拉,并且在不同位置的应力各不相同.由于狗骨式节点的存在,削弱了节点对梁部分的约束.在梁上翼缘螺栓上出现焊接残余应力的最大值,在腹板角钢与柱连接的中间螺栓处出现最小值.这与规范中的规定基本相符.     

全焊接钢结构桥梁焊接变形和残余应力的预测与控制研究

以上海闵浦二桥中的典型整体焊接节点为背景,利用热弹塑性有限元法对节点的焊接残余应力进行预测。研究结果显示:合理的多层焊方案,通过焊接变形和残余应力的相互抵消,可以起到减少焊接变形和残余应力的作用;得到了上、下弦节点(I型)的残余应力分布;实现了上下弦节点(I型)加工局部以及整体模型的焊接变形预测;为焊接变形的控制、焊接工艺的优化以及最佳装配焊接工艺的制订提供理论依据。     

厚板焊接残余应力有限元分析

根据热弹塑应力理论、有限元增量理论,利用大型有限元软件ANSYS对于厚板建立有限元模型,模拟分层焊接过程,查看不同分层过程对厚度方向残余应力分布的影响。研究I形、V形、X形坡口焊接,分析不同坡口形式对焊接残余应力的影响。分析结果表明,厚板分层焊接能降低焊接残余应力,坡口的选择对残余应力有明显影响。为残余应力的理论分析提供参考。     

基于盲孔法的高强焊接圆钢管表面残余应力试验研究

为研究高强焊接圆钢管残余应力分布模式,基于盲孔法对21个高强焊接圆钢管的5个外表面、1个端部内表面纵向残余应力分布进行测量;对盲孔法应变释放系数A、B进行平面试验及平面有限元标定,验证有限元标定的可靠性;进行柱面有限元标定并依据形状改变比能修正法对试验测量结果进行塑性修正,提出埋弧焊接、高频焊接圆钢管外表面纵向残余应力分布模型。研究结果表明：柱面有限元模型可弥补应变计弧面形状造成的误差,与平面试验标定结果相比,对于截面规格为φ325×8的埋弧焊接圆钢管标定系数A误差可达6.1%,对于截面规格为φ356×10的埋弧焊接圆钢管,标定系数B误差可达5.0%;与平面有限元模型标定结果相比,由柱面标定得到的应变释放系数A随直径增大而减小、系数B随直径增大而增大,并逐步趋近于平面标定结果。沿着焊接方向1/4、1/2、3/4柱高截面最大纵向残余应力数值相近,最大残余拉、压应力分别为0.96fy、-0.27fy。高频焊接圆钢管端部内表面与外表面残余应力分布模式不同,外表面以残余拉应力为主且最大为0.46fy,内表面以残余压应力为主且最大为-0.37fy。提出的纵向残余应力分布模型与实测数据吻合较好。     

Experimental research on surface residual stress of high strength welded circular steel tube based on hole-drilling strain-gage method

为研究高强焊接圆钢管残余应力分布模式，基于盲孔法对21个高强焊接圆钢管的5个外表面、1个端部内表面纵向残余应力分布进行测量；对盲孔法应变释放系数A、B进行平面试验及平面有限元标定，验证有限元标定的可靠性；进行柱面有限元标定并依据形状改变比能修正法对试验测量结果进行塑性修正，提出埋弧焊接、高频焊接圆钢管外表面纵向残余应力分布模型。研究结果表明：柱面有限元模型可弥补应变计弧面形状造成的误差，与平面试验标定结果相比，对于截面规格为φ325×8的埋弧焊接圆钢管标定系数A误差可达6.1%，对于截面规格为φ356×10的埋弧焊接圆钢管，标定系数B误差可达5.0%；与平面有限元模型标定结果相比，由柱面标定得到的应变释放系数A随直径增大而减小、系数B随直径增大而增大，并逐步趋近于平面标定结果。沿着焊接方向1/4、1/2、3/4柱高截面最大纵向残余应力数值相近，最大残余拉、压应力分别为0.96fy、-0.27fy。高频焊接圆钢管端部内表面与外表面残余应力分布模式不同，外表面以残余拉应力为主且最大为0.46fy，内表面以残余压应力为主且最大为-0.37fy。提出的纵向残余应力分布模型与实测数据吻合较好。     

高强度钢焊接节点残余应力对应力集中系数的影响

对一系列由屈服应力为690MPa的高强度钢板焊接而成的T型和Y型节点试件进行研究。节点焊接方式为电弧焊(SMAW)。两组试件分别采用不同的焊接工艺:一组试件在常温状态进行焊接,另一组将试件预热至100℃再进行焊接。研究两组试件靠近焊趾处的残余应力。首先,采用钻孔法研究节点的残余应力分布及变化;然后,采用ABAQUS有限元软件进行热应力耦合分析以研究节点的残余应力分布;最后,评估节点处残余应力对应力集中系数的影响。结合残余应力影响给出评估应力集中系数的新参数。     

厚板焊接柱残余应力的有限元分析

厚板焊接柱极限承载力研究的关键是焊接残余应力的确定.本文应用热弹塑性应力分析理论,有限元法计算了厚板焊接箱形截面的残余应力分布.结果表明:由于三维残余应力的影响,厚板焊接箱形截面中纵向残余拉应力的峰值略高于钢材的屈服点,残余压应力分布区的大小及压应力峰值不仅与焊接输入热量有关,而且与截面积的大小有直接关系.受厚板截面本身的几何形状所影响,箱形截面有焊缝一侧壁板与另一侧壁板残余应力分布及大小有明显的不同.两个1/4箱形截面的焊接残余应力实测基本上验证了理论分析.     

初始缺陷对矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度的影响

为了研究焊接残余应力和几何初始缺陷对矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度的影响,采用有限元软件ABAQUS进行参数分析,参数包括壁板的屈服强度、宽厚比、几何初始缺陷取值大小、是否施加几何初始缺陷和焊接残余应力,并考虑两者耦合作用,给出考虑焊接残余应力和几何初始缺陷后的矩形钢管混凝土柱壁板有效宽度计算公式,并与试验数据进行比较。结果表明:建立的有限元模型能较好地模拟壁板的局部屈曲和屈曲后行为,焊接残余应力和几何初始缺陷都会降低壁板屈曲后强度,且焊接残余应力的影响较大; 不同强度等级的钢材都需要考虑焊接残余应力和几何初始缺陷的影响,对于屈服强度大于460 MPa的高强钢材,当宽厚比大于65时,可以忽略几何初始缺陷的影响; 给出的有效宽度计算公式可以较为准确且偏保守地预测矩形钢管混凝土柱壁板屈曲后强度。