Q690高强钢管焊接残余应力数值模拟

该文重点研究Q690焊接高强钢管截面纵向残余应力分布模式,利用商业有限元分析软件ANSYS对其进行数值模拟,运用其中的“生死单元”和热-结构耦合分析功能来模拟焊接过程,以管径与壁厚为变量,设计3组共12个有限元模型。通过对模型的数值分析,得到每个模型的截面纵向残余应力分布形式,经过对比分析得出其规律,并提出Q690焊接高强钢管截面纵向残余应力的简化分布模式。结果表明,其分布模式与Wagner提出的分布模式接近,但Q690高强钢管的纵向残余压应力峰值与其屈服强度的比值仅为0.2,要明显小于普通钢管纵向残余压应力峰值与其屈服强度的比值0.35。     

圆钢管加工方法诱导的残余应力分布检测与分析

为了研究圆钢管加工方法诱导的纵向残余应力分布规律,该文采用盲孔法对截面规格为 φ325×8的5组15个不同强度、不同加工方法的圆钢管试件进行了测量。基于测量数据,得到了试件截面残余应力分布和拉、压残余应力的数值大小,研究了埋弧焊、高频焊和热轧三种不同加工方法对残余应力分布的影响。试验结果表明,埋弧焊对圆钢管截面纵向残余应力的影响强于高频焊,高强度焊接圆钢管的残余应力分布比较均匀,且焊缝区最大残余拉应力分布在焊缝两侧各40 mm区域内;普通强度钢管截面的最大纵向残余压应力为0.35σ_y,而Q690高强钢焊接圆钢管截面的最大纵向残余压应力为0.21σ_y,同中点截面的纵向残余应力峰值相比,起焊点和落焊点截面处的纵向残余应力峰值偏小。不同于焊接圆钢管,热轧无缝圆钢管同一截面内外表面的最大纵向残余应力数值大小相同,符号相反,其最大值为0.15σ_y。     

盲孔法测水冷壁管残余应力的方法研究

盲孔法残余应力测试的研究主要集中在平板试样拉伸标定试验上,缺乏对曲面构件拉伸标定方法的试验研究。该文基于盲孔法测试技术对水冷壁管残余应力进行深入研究,建立三维有限元模型并进行模拟与分析,获得水冷壁管应变释放系数的模拟标定结果。得出当应力超过一定值时释放系数的绝对值随应力变化的规律,进而通过分段拟合的方法,获得基于形状改变比能参量S的孔边塑性应变修正公式。并利用相对误差曲线拟合法,由平板标定结果和曲面曲率计算推导出适用于曲面测试的应变释放系数的公式,拓展盲孔法残余应力测试的应用范围。实验结果显示释放系数与有限元模拟结果基本吻合,实际测试中预定的盲孔法可满足水冷壁管残余应力测试的要求。     

N80钢管残余应力的测试与分析

采用全释放法测试N80钢管的残余应力，结果发现：无论是直管还是发生变形的弯管在它们的同一部位，其内表面与外表面的残余应力是不均匀的，而且沿内圆周或是外圆周其残余应力的分布也不均匀。得出高的残余应力加上分布的不均匀性是钢管发生弯曲变形的主要原因之一。     

爆炸法消除三峡引水压力钢管焊接残余应力

介绍了三峡电站引水压力钢管下水段用爆炸法消除焊接残余应力的工艺,应力测试方法和检测结果.     

煤矿机械用Q690高强钢抗裂性研究

对煤矿机械用Q690高强钢,采用其配套焊丝(GHS75M)进行抗裂性试验,并测定了焊丝熔敷金属扩散氢逸出特性,研究了焊缝金属残余扩散氢对试验用钢抗裂性的影响.结果表明:该钢具有一定的冷裂倾向.试验焊材熔敷金属扩散氢含量为1.7 mL/100 g,初期扩散氢逸出速率较大,在焊缝冷却过程中扩散氢可以较快逸出.残余扩散氢含量主要与从峰值温度到100℃温度区间的冷却时间t100有关,单道焊焊缝金属冷速快,t100较小,残余扩散氢较多,而多层多道焊增加了t100,且提高HDr100容许值,残余扩散氢含量很低.该钢采用焊后热处理是保守的工艺.     

振动时效技术及残余应力测试

对残余应力的形成原因、消除技术及测试技术做了详细论述,并给出一种振动时效及残余应力测试实例,对相关工程技术人员具有重要的参考价值。     

大功率柴油机气缸盖的残余应力

以解决气缸盖漏水问题为切入点,采用盲孔法研究了热时效退火工艺、机加工制造以及使用过程对气缸盖残余应力的影响。结果表明：采用较高保温温度、较长保温时间、较低降温速率、并保持较低出炉温度的热时效退火工艺可以使气缸盖毛坯件的残余应力保持在较低水平;机加工后气缸盖的残余应力有所增大;由于对气缸盖热时效退火工艺的优化,有效地控制了气缸盖底面的残余应力,故经过1 000h的台架试验后,未再发生气缸盖鼻梁区开裂现象,说明通过热时效退火工艺的优化来降低气缸盖底面的残余应力,能有效地解决气缸盖漏水的问题。     

Q235钢墙板-Q460高强钢立柱结构体系残余应力分布试验研究

在箱式钢结构中起主要承载作用的侧面墙板-立柱结构体系中,受墙板蒙皮支撑作用的高强钢立柱,其残余应力分布受与墙板焊接连接过程影响,与独立工作焊接H形截面构件有较大差异。为研究Q235钢墙板—Q460高强钢立柱结构体系的残余应力分布规律,采用盲孔法对6个结构体系试件和2个独立Q460高强钢焊接H形截面试件进行了试验研究。基于测量数据,得到了所有试件的全截面残余应力分布,分析了墙板与立柱焊接连接、截面尺寸等因素对残余应力分布的影响,并研究了截面各板件间残余应力的相互影响及自平衡性。结果表明：立柱与墙板的焊接在一定程度上降低了立柱后翼缘中部的最大残余拉应力,减小了后翼缘残余压应力的分布范围,对前翼缘和腹板无明显影响;残余拉应力幅值与截面尺寸无直接关系,残余压应力随着板件宽厚比的增大而减小;各板件间残余应力存在相互影响作用,前翼缘、腹板以及后翼缘与墙板组合板件这3部分分别满足自平衡。提出了适用于Q235钢墙板—Q460高强钢立柱结构体系的较为准确和安全的残余应力分布数学模型,为后续研究受墙板蒙皮支撑的高强钢立柱稳定性奠定基础。     

热时效对消除钢结构焊接残余应力的工艺评估

针对钢结构拼焊过程中产生的焊接变形和残余应力,采用热时效工艺对焊接构件进行了消应力处理,然后采用盲孔法对焊接构件焊后和热时效后的残余应力分布及变化进行了测定,定量地评估了热时效消除钢结构焊接残余应力的工艺效果。结果表明：通过热时效处理,可使钢结构的焊接残余应力大大降低,消除应力效果良好。     

国产Q460高强度钢材焊接工字形截面残余应力试验及分布模型研究

焊接残余应力是影响钢结构受压构件整体稳定性能的一种重要初始缺陷. 为研究国产Q460高强度钢材焊接工字形截面的残余应力分布, 该文采用分割法对8个不同截面尺寸和焊缝类型的截面试件进行了测量. 基于近2000组测量数据, 得到了不同试件全截面的残余应力分布和拉、压应力大小, 并研究了腹板和翼缘的板件宽厚比、板件厚度、焊缝类型以及腹板和翼缘的相关性等因素对残余应力的影响. 试验结果表明, 残余压应力的数值大小与截面尺寸直接相关而基本不受焊缝类型的影响, 残余拉应力的大小则与截面尺寸没有相关性;由于翼缘和腹板内的残余应力能够分别满足自平衡条件, 二者没有相互间的影响作用. 最后, 该文提出了能够准确描述试验结果和截面尺寸影响的国产Q460高强钢焊接工字形截面的残余应力分布模型和计算公式.     

超高强度钢材焊接截面残余应力分布研究

超高强度钢材(屈服强度≥460MPa)已经在多个钢结构实际工程中得到应用,但关于其构件截面残余应力以及轴心受压整体稳定性的研究还很少。该文总结了国外已有的超高强度钢材焊接截面残余应力的试验测量结果,针对工字形、箱形和十字形三种焊接截面,分析了截面残余压应力与板件宽厚比的关系,并提出了这三种焊接截面超高强度钢材构件残余应力的分布模型和具体计算公式,为研究超高强度钢材受压构件的整体和局部稳定受力特性提供了前提条件。     

高温后高强Q690钢材循环加载试验及本构模型研究

钢材经历火灾高温和冷却后其材料力学性能会发生不同程度退化,已有研究主要关注过火后钢材的残余静力性能。为研究经历火灾高温且不同方式冷却后高强钢的残余静力和滞回性能,对于历经500 ℃~1000 ℃高温后高强Q690在自然冷却和浸水冷却后的钢材进行了单调拉伸试验以及4种不同加载制度下的循环加载试验。结果表明,当过火极限温度不高于600 ℃时,在自然冷却和浸水冷却模式下,高温后Q690钢材单调拉伸和循环荷载下强度发展基本与常温未处理钢材类似。未过火高强Q690钢在循环荷载下表现出应变强化和循环软化效应。过火温度高于600 ℃且自然冷却下,过火后Q690钢随过火温度提高,其初始屈服强度下降。在浸水冷却下,过火冷却后高强钢初始屈服强度提升。且在循环荷载作用下,高温过火后Q690钢均表现出更为显著的应变强化效应,以及在等应变幅循环下均由未过火状态时的循环软化逐步转化为高温过火后的循环硬化效应。根据试验结果拟合了过火后Q690钢的Chaboche循环本构模型参数,可用于火灾后Q690钢结构的残余抗震性能评估。     

高强钢焊接构件工字形横截面残余应力试验及统一分布模型研究

为研究不同强度等级高强钢焊接工字形截面残余应力的变化规律,采用分割法对960MPa钢材试件进行测量,得到了残余应力分布。将试验结果与大量其他强度等级(包括235MPa、345MPa、460MPa以及690MPa)钢材焊接工字形截面的残余应力进行对比分析,研究了残余拉应力和残余压应力随钢材强度的变化规律。研究结果表明,焊缝和翼缘焰切边附近残余拉应力与截面几何尺寸无明显相关性,且呈现随钢材强度增大而增大的变化规律,并始终低于钢材强度;翼缘和腹板的残余压应力与钢材强度无明显关系,但随板件宽厚比及板厚的增大而明显减小。基于这一规律及大量试验数据,提出了不同强度等级钢材焊接工字形截面残余拉应力和压应力的计算方法,确定了分布范围,制定了统一分布模型,为不同强度等级高强钢结构的研究提供了基础条件。     

Q690D高强钢基于连续损伤模型的断裂破坏预测分析

高强钢材在实际钢结构中已经开始逐步得到应用,该文针对Q690D高强度结构钢材,进行了钢材圆棒试样在单调加载和超低周循环加载下的断裂破坏试验,研究了试样裂纹的起始位置,分析了加载制度对试样承载能力和变形能力的影响,并采用扫描电镜观察了试样断口的微观形貌,断口呈现韧窝形式的延性断裂特征。基于Q690D钢材缺口圆棒试样的单调拉伸试验结果,结合有限元分析,标定了钢材的连续损伤模型参数。最后,应用钢材的连续损伤模型,对圆棒试样和带初始间隙试样在不同加载制度下的断裂破坏进行预测分析,得到试样的裂纹起始位置、荷载-位移曲线、断裂位移和疲劳寿命均与试验结果吻合良好。     

钢管自应力自密实高强混凝土柱偏心受压性能试验研究

为提高钢管内混凝土的密实度,减小混凝土的收缩,以保证钢管与混凝土更好地共同工作,满足实际工程需要,该文提出采用钢管自应力自密实高强混凝土柱,考虑偏心距、长径比和初始自应力等参数的影响,设计制作21根钢管自应力自密实高强混凝土柱和3根钢管自密实高强混凝土柱试件,通过偏心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-挠度曲线和荷载-应变曲线,分析各参数对偏心受压试件受力性能的影响。研究表明：偏心受压试件主要发生弯曲失稳破坏;试件极限承载力随偏心距或长径比增大而减小,当初始自应力为3 MPa~5 MPa时,钢管自应力自密实混凝土偏心受压柱的极限承载力提高9.2%~11.7%。参考国内相关规范,通过试验数据回归分析,提出钢管自应力自密实高强混凝土柱偏心受压承载力计算公式,可供工程设计参考。     

高强度钢加劲板焊接残余应力测试及分析

为研究高强度钢的板肋加劲板焊接残余应力分布特点,该文利用切割法对板肋加劲板试件进行了应力测试研究,建立了三维实体热弹塑性有限元模型,采用单元生死和动态约束技术模拟焊缝填充和焊接热输入过程,对比分析了高强度钢和普通钢的应力分布特点,比较研究了母板厚度、肋板厚度、肋板间距和高度对焊接残余应力的影响。研究结果表明:板肋加劲板T型接头角焊缝的焊接顺序与残余应力的分布不相关;高强度钢非焊接区域残余压应力小于普通钢;板件厚度和肋板高度是影响高强度钢的板肋加劲板焊接残余应力的主要因素。     

钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力及截面变形能力设计方法研究

通过剪跨比为2.1的钢管约束高强混凝土剪力墙试件低周反复加载试验,研究其在压弯荷载作用下的破坏形态、机理及耗能能力。试验表明,通过在高强混凝土剪力墙约束边缘构件内设置钢管,可提高其延性。在试验研究基础上,对钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力及变形能力进行分析。考虑内置钢管约束影响,建立钢管约束高强混凝土剪力墙压弯承载力计算公式。根据截面平衡条件和变形条件,计算钢管约束高强混凝土剪力墙位移延性系数,得到钢管套箍率、轴压比及墙体高宽比与位移延性系数之间关系。研究表明,增加钢管套箍率及控制墙体轴压比,可以提高钢管约束高强混凝土剪力墙延性;提出满足不同变形能力要求,对应各种轴压比情况下,钢管约束高强混凝土剪力墙钢管套箍率建议设计值。