工字鋼-端板組焊結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力有限元分析.pdf

1、近年來，隨著數(shù)值方法和計算機技術(shù)的發(fā)展，采用有限元模擬研究焊接殘余應(yīng)力的方法得以發(fā)展，目前對于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力的研究比較熱門。工字鋼-端板組焊結(jié)構(gòu)是建筑工程中最常見的節(jié)點構(gòu)造形式之一，在對這種結(jié)構(gòu)進行焊接過程三維有限元分析時，不但實體模型構(gòu)建和有限元網(wǎng)格劃分非常困難，而且計算時間冗長，使這類結(jié)構(gòu)的有限元模擬研究受到了很大程度的限制，到目前為止，有關(guān)該類結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力三維有限元分析的研究尚未見報道。
　　 本課題以中厚板

2、工字鋼-端板組焊結(jié)構(gòu)為研究對象，采用ANSYS軟件的參數(shù)化設(shè)計語言編制有限元計算程序，選擇基于生死單元技術(shù)的移動體熱源模型，對模擬計算過程中所用的參考溫度、焊接電流、電弧電壓、焊接速度、焊縫熔融斷面尺寸等部分參數(shù)進行試驗測定，建立了可行的焊接溫度場和應(yīng)力場的數(shù)值模擬方法，對組焊結(jié)構(gòu)整體模型的焊接溫度場和焊接殘余應(yīng)力場進行了三維有限元模擬，對模擬計算結(jié)果進行了分析。本研究利用紅外測量儀對觀察點的焊接熱循環(huán)實測，對焊縫斷面熔合線觀察實測，并

3、采用盲孔法對焊接殘余應(yīng)力進行測量，以驗證模擬結(jié)果的可靠性。溫度場模擬結(jié)果與實測結(jié)果吻合良好，焊接殘余應(yīng)力模擬結(jié)果與測量結(jié)果趨勢基本一致，表明本文三維數(shù)值模擬分析方法可行，數(shù)據(jù)可靠，為大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)整體構(gòu)件焊接溫度場及應(yīng)力場數(shù)值模擬研究與實際應(yīng)用提供了技術(shù)支持和理論依據(jù)。焊接溫度場和焊接殘余應(yīng)力的模擬分析結(jié)論，可以為制定焊接工藝、調(diào)控焊接殘余應(yīng)力、優(yōu)化焊接順序等提供參考。
　　 針對大型復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)整體模擬困難的問題，本課題提出了三

4、種解決大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力模擬問題的簡化計算新方法，即整體結(jié)構(gòu)分解算法、對稱性結(jié)構(gòu)簡化計算方法、遠距離焊縫整體結(jié)構(gòu)簡化計算方法，并對分解模型的尺寸及邊界約束條件對焊接殘余應(yīng)力模擬結(jié)果的影響進行了研究，為大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力定量計算和分析提供了新穎的方法，并可大幅度提高計算效率。
　　 本文還研究了焊接順序?qū)φw結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力的影響。在本文焊接工藝和約束條件下，焊接順序可以改變組焊結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力的分布，但對殘余應(yīng)力