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对接焊缝错位应力集中系数研究

安振武  
【摘要】: 焊接钢结构因其具有抗拉、抗压和抗剪强度高、自重较轻等优点,被广泛应用于船舶与海洋结构物中。然而,焊接钢结构在安装过程中难免会产生焊接缺陷,致使焊缝部位产生应力集中,在严重情况下会引发裂纹,导致结构的破坏。因而,研究焊接节点的应力集中问题,对于准确地计算焊趾处的热点应力及应力分布,评估焊接钢结构的疲劳强度具有非常重要的意义。 错位是引起对接节点处应力集中的一个重要原因,它使结构的外形尺寸发生突变,造成形状不连续,在外力的作用下错位处会产生较强的二次应力。本文分析了错位对焊接节点应力集中系数的影响机理,总结了在焊接结构中错位产生的原因及分类,研究了简单板对接和管对接结构中错位应力集中系数的计算方法。应用有限元方法分析了在简单对接结构中加强筋以及各种几何参数对错位应力集中系数的影响。本文最后选取半潜式钻井平台结构中箱型梁与撑管连接部位建立有限元模型,进一步研究了复杂结构中错位产生的应力集中。通过有限元计算分析,得出以下几点结论: (1)在加筋板结构中,纵向加强筋明显减小了在其附近的错位应力集中系数,但是它的影响只在一定范围内,对于板格中心附近的应力集中系数没有明显影响;纵向加强筋的尺寸大小、间距以及对接焊缝与横向框架的距离对板格中心附近对接焊缝上的错位应力集中系数没有明显影响;加强筋腹板上的焊接工艺开孔消除了纵向加强筋的影响,并且使得应力集中系数在其附近急剧增加,但是它的影响也是在一定范围内。 (2)在管对接结构中,环向加强筋对对接节点处的应力集中系数只产生微小的影响,这种影响在工程实际中可以忽略。 (3)在相对复杂结构中,错位会增加对接接头处的应力集中系数,相对错位值越大对应力集中系数的影响程度越大。因此,在对局部结构进行疲劳强度分析时,应考虑错位对于应力集中系数的影响。


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