超高强度钢材焊接箱形轴心受压柱整体稳定的有限元分析

目的运用有限元方法分析计算超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱整体稳定受力特性的准确性和可靠性,以及残余应力的影响.方法运用通用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型,准确模拟构件的残余应力和几何初始缺陷,对11个超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱的整体稳定受力特性进行了有限元分析,并与相应的试验结果进行对比.结果有限元计算得到的承载力与试验实测结果的平均误差〈4%,且标准差〈5%.残余应力的2种变化对整体稳定承载力的影响〈3%.结论建立的有限元模型能够准确地分析计算超高强度钢材轴心受压柱的整体稳定受力特性,为进一步运用该有限元模型对各种截面的超高强度钢材轴心受压柱的整体稳定受力特性进行分析计算提供了正确性依据.残余应力的变化对超高强度钢材焊接箱形截面轴心受压柱整体稳定承载力的影响较小,可能采用比普通钢材钢柱高的整体稳定系数.     

焊接加固热作用对工形截面压弯钢构件承载性能的影响

为研究焊接加固热作用及不同初始负载对工字形压弯钢柱承载性能的影响,基于考虑热影响的热结构耦合分析方法进行了热源模型热输入改进,并考虑初始几何缺陷、初始残余应力及摩擦等,完成了不同负载下焊接加固的3个工字形压弯钢柱的模拟分析。研究了焊接位移时程、腹板应力应变重分布及荷载位移关系,通过有限元分析与相应试验结果对比验证,进而获得了试验无法获得的焊接温度场、翼缘与加固板间的焊接应力应变重分布以及翼缘边缘屈服承载力等结果,并将承载力结果与规范计算结果对比,考察了现有设计方法。结果表明,焊接顺序决定焊接变形的发展过程,焊接热输入和初始负载共同决定持载焊接的位移变化范围和焊接残余变形的大小;初始负载越大,应力应变重分布往偏心受力方向发展更多,承载力越低,而初始残余应力不影响极限承载力;采用考虑热影响的有限元方法具有一定可行性和总体安全性,规范设计方法仍有可提升空间。     

考虑焊缝单元的钢节点有限元计算方法

焊接是不同钢构件连接最常用的方式之一,出于多种原因,传统的计算对焊缝进行了简化或合并处理,这与构件的实际受力状态有较大偏差.为此,提出了钢结构三维焊缝单元的定义及其作用机理,较为精细地模拟了焊缝的应力应变状态、材料属性、应力集中情况.由于在有限元数值分析中,焊缝单元的物理特性在整个结构的作用中有较大影响,将考虑焊缝单元的节点有限元计算结果与传统的节点计算方法、简化的有限元模型的计算结果进行对比,发现了考虑焊缝单元的作用与属性,对结构的受力分析有更重要的意义.     

残余应力对单轴对称工字梁稳定承载力的影响

对单轴对称工字形悬伸梁、连续梁进行整体稳定试验前,通过截面法测量了截面中的残余应力分布.根据测量结果和简化分布模型,编写了能描述残余应力大小和分布的ANSYS初应力文件,在非线性分析中以此来考虑残余应力对构件整体稳定性的影响.通过比较试验和有限元分析结果发现,考虑残余应力所得的计算结果与试验结果吻合良好,不考虑残余应力所得到的极限荷载与试验值差别较大.试验结果表明:当梁截面中的窄翼缘尺寸较小时,翼缘中残余应力以受拉为主,其端部残余压应力较小,焊接残余应力对单轴对称工字形悬伸梁和连续梁的整体稳定承载力影响很大,主要是提高作用,有限元计算时应该考虑残余应力.对比分析结果表明,文中所用的残余应力分布模型能够模拟试验梁的真实情况.     

钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术

为了探究控制钢结构焊接过程变形策略,通过钢板对接方法研究了焊接残余应力及焊接变形.以两块同料、同尺寸钢板对接解析焊接工艺过程,设定常态焊接工艺参数,在焊接钢板上进行焊接横向及纵向残余应力计算,并在焊接过程构建温度场,建立有限元模型,绘制其温度曲线图,探究残余应力变化趋势及分布情况.结果表明,对接焊接钢结构焊缝附近部分残余应力较大,结构残余应力在初始加热时期会呈现较快下降趋势,后逐渐趋于平缓,钢板对接焊接变形主要原因是纵向残余应力过大,可通过平行加热处理降低纵向残余应力的影响.     

考虑残余应力的焊接节点疲劳寿命有限元分析

为研究残余应力对焊接结构疲劳性能的影响,基于热力耦合计算方法建立了热弹塑性有限元模型,模拟T型节点焊接全过程及焊后热处理的温度场与应力场.基于扩展有限元法建立T型焊接节点断裂力学数值模型,将焊接应力场作为初始条件引入模型并分析其对疲劳裂纹动态扩展行为的影响.结果 表明,未考虑残余应力时,焊接节点疲劳裂纹向焊缝两端均匀发...     

潜艇结构疲劳裂纹形成寿命的分析

以新的高强度钢潜艇锥柱过渡结构为对象,分析了该潜艇结构疲劳热点处的应力及焊接残余应力,这种焊接结构的焊接残余应力为横向最大值０．３σｓ,纵向最大残余应力０．３５σｓ,计及残余应力影响,用局部应力应变法对该潜艇结构的疲劳裂纹形成寿命进行了计算,结果表明该潜艇结构在给定条件下不会萌生疲劳裂纹。     

高频直缝焊管焊接残余应力的三维有限元模拟研究

基于高频直缝焊管焊接热源的计算结果,综合考虑材料的物理属性随温度的高度非线性变化,以及高频加热的焊缝热影响区特有的温度分布规律,利用ANSYS有限元软件建立了高频直缝焊管焊接残余应力的三维有限元模型。获得了高频焊管温度场和残余应力场的分布规律,并对结果进行了分析。通过后处理模块,给出了焊缝部位残余应力的分布趋势,并分析了高频感应焊接残余应力的主要形成原因。发现焊缝附近的轴向残余应力较大,其中有些数值接近材料的屈服强度,而周向残余应力仅为材料屈服应力的1/3左右,径向残余应力数值较小,工程上可以忽略。     

负载下焊接加固受弯工形钢梁的受力特性分析

采用通用有限元软件ANSYS建立有限元模型,对3个不同初始负载下焊接加固的受弯工形钢梁和1个做对比用的未加固工形钢梁的受力特性进行有限元分析,并详细介绍了2种用于模拟负载下焊接加固钢梁受力特性的有限元分析方法。基于目前最常用的、仅采用生死单元技术而未考虑焊接热过程的有限元分析方法,采用间接热一结构耦合分析方法,考虑焊接热过程和随温度变化的钢材材性,提出了能够考虑负载下焊接过程影响的有限元分析方法。通过将有限元计算结果与相应的试验结果进行对比,验证了采用的有限元分析方法和有限元模型的可行性。计算结果表明：负载下焊接加固后的钢梁的极限承栽能力受初始负载的影响较大。     

运用ANSYS分析超高强度钢材钢柱整体稳定特性

通过运用通用有限元软件ANSYS建立有限元模型,对5个超高强度钢材焊接工形截面轴心受压柱的整体稳定受力特性进行有限元分析。详细地介绍了建立有限元模型的具体方法,给出了分析其整体稳定特性的求解全过程,提出了输入构件几何初始缺陷和模拟截面残余应力的方法。通过将有限元计算结果与相应的试验结果进行对比,验证了本文建立的有限元模型的有效性。计算结果还表明,残余应力的变化对超高强度钢材焊接工形截面轴心受压柱整体稳定承载力的影响较小。     

焊接过程有限元模拟及实时监测评估

随着焊接理论研究以及计算机有限元模拟分析的快速发展,运用数值模拟计算和预测焊接残余应力的形成和分布已经可以获得比较理想的结果,但是由于焊接过程本身的复杂性和数值模拟的局限性,有限元模拟计算和实际测量的结果有时总是出入很大,因此焊接残余应力的实测仍然是有必要的.通过焊接过程的实时监测,对比焊接过程的有限元模拟结果,总结两者数值差异的原因,说明焊接过程的实际监测相较于有限元模拟的优越性,该实时监测技术可应用于结构健康监测系统.     

硬铝合金超精密车削残余应力的仿真及试验

为满足超精密车削加工零件低表面应力的使用性能要求,采用有限元和试验相结合的方法,对硬铝合金进行微米级的超精密车削仿真和试验.分析切削过程的切削力和切削温度,研究已加工表面残余应力产生的原因及残余应力的性质,得到切削深度和切削速度对已加工表面残余应力的影响规律.仿真结果表明:金刚石刀具车削硬铝合金,切削温度低,切削力小,但是单位切削力大.切削力是已加工表面形成残余压应力的主导因素.表层残余应力随着切削深度的增加而变大,随着切削速度的增大反而有减小的趋势.在微米级硬铝合金的超精密切削过程中,切削深度对已加工表面残余应力的影响更为显著.进行微米级的超精密车削试验,采用XRD对表层残余应力进行测量,对有限元仿真结果进行了验证,为硬铝合金超精密车削表面残余应力的控制打下理论基础.     

厚板焊接工形截面柱残余应力的有限元分析

确定厚板焊接柱φ曲线的关键是得出焊接残余应力的分布。本文根据热弹塑性应力理论,用有限元法分析了厚板焊接工形截面柱的残余应力。分析结果表明,厚板焊接工形截面残余应力的大小及分布,除了与焊接输入热量有关外,尚与截面几何尺寸有关。翼缘为轧制边的厚板工形截面中,残余压应力主要分布在两个翼缘上,而腹板上压应力较小。     

Q235钢应变释放系数塑性修正问题的研究

针对盲孔法测量高残余应力时因塑性效应引入的测量误差问题,对Q235钢应变释放系数的塑性修正问题进行研究.通过分析应变释放系数标定的原理及Q235钢的本构关系模型,采用有限元法仿真计算Q235钢在弹性阶段和塑性阶段的应变释放系数,指出塑性阶段的应变释放系数需要修正;给出基于参量S的修正公式,用于修正高残余应力引起的测量误差,并应用于高残余应力焊接件的测量试验中.结果表明,在弹性阶段,有限元仿真计算与实验结果一致性较好;在塑性阶段,给出的修正公式对于高残余应力的测量有着较好的修正效果,从而拓展盲孔法残余应力测量装置的应用范围.     

工形钢柱负载下焊接加固的受力特性

目的提出能够考虑负载下焊接过程影响的有限元分析方法．方法通过运用通用有限元软件ANSYS建立有限元模型,对3个不同初负载下焊接加固的工字形钢柱和1个作对比用的未加固钢柱的受力特性进行分析．采用间接热结构耦合的有限元分析方法,考虑焊接热过程和随温度变化的钢材材性．结果计算结果表明,在名义初应力比不超过0．41时,负载下的焊接加固后的钢柱的极限承载能力受初始负载的影响非常小．结论笔者采用的有限元分析方法和有限元模型分析负载下焊接加固工彤钢柱的萤力特性具有较高的可行性．     

高强埋弧焊接圆钢管多层多道焊接数值模拟

为研究高强埋弧焊接圆钢管纵向残余应力分布规律及影响因素,考虑了高强钢材非线性物理材料属性和焊接过程中的相变潜热,以均匀热源模型模拟第一道次熔化极气体保护焊(GMAW)热源,以双椭球热源模型模拟第二、三道次埋弧焊(SAW)热源,通过单元生死功能模拟焊缝生长过程,并在焊接荷载步间不断修正钢管与空气热传递的表面积,对3道次焊...     

考虑焊接残余应力的钢桥面板U肋焊接处局部应力分析

为研究正交异性钢桥面板的顶板与U肋焊缝连接处残余应力及与外荷载组合作用下的局部受力特征,针对宽体钢箱梁工程实例,基于热弹塑性有限元法对该焊缝的施焊过程进行了数值模拟,分析了焊接过程中温度场和应力场的变化；以初应力的方法实现了焊接残余应力与外荷载作用的组合。研究结果表明：面板下缘垂直于焊缝方向的残余拉应力峰值接近材料的屈服强度,远离焊缝的区域应力急剧减小,焊趾处的横向残余应力要明显大于焊根处；由面板上缘至下缘,纵向残余应力由压应力变为拉应力,横向残余应力呈现出“拉应力-压应力-拉应力”的交替变化趋势；以初应力的方式考虑残余应力,稳定应力场的相对误差可控制在5.0%以内；自重与二期恒载对焊缝区局部应力场的分布特征和焊根及焊趾处的应力极值的影响不大(1.7%以内)；外荷载中考虑局部对称轮载作用且未考虑焊接残余应力在外荷载作用下的消散情况时,焊根及焊趾处垂直于焊缝的横向应力极大值最大分别可增大10.7%、17.6%；焊接残余应力及与外荷载组合作用下,焊趾及焊根位置处沿面板厚度应力的分布符合“直线+抛物线”的规律。