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《长沙理工大学》 2010年
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基于残余应力场分析的焊接钢结构疲劳强度预测理论研究

蒋志凯  
【摘要】: 疲劳破坏是焊接钢结构最主要的失效方式。由于钢结构在焊接过程中高度集中的瞬时不均匀热输入,在焊后不可避免的会产生焊接残余应力。焊接残余应力的存在会影响结构的疲劳性能。因此,在对焊接残余应力进行分析的基础上研究焊接钢结构疲劳强度预测方法具有重要的意义。本文主要研究内容有: 本文采用数值模拟方法,利用有限元分析技术,考虑材料的热物理性能和力学性能随温度的变化,运用内生热率的加载方法模拟焊接热源,通过APDL语言编写程序实现焊接热源的移动加载,建立了焊接瞬态温度场分析的数学模型。利用有限元分析软件的热-结构耦合功能,考虑焊接温度场对应力应变场的单向耦合,针对焊接热应力场的材料非线性瞬态问题,选用弹塑性力学的增量理论进行计算分析,材料屈服遵循Mises屈服条件,塑性区内的行为服从流变法则,运用“生死单元技术”,动态模拟焊接过程中焊料的填入和凝固,建立了焊接应力应变场计算的理论模型。 本文采用间接法,分别对几类错位板接头、对接板接头和T型板接头等典型的焊接钢结构的焊接温度场和焊接残余应力场进行了数值计算分析。分别得到了几类典型焊接钢结构的三维焊接温度场和三维焊接残余应力场。 本文较系统的研究了钢结构疲劳强度预测的临界距离理论,并在临界距离点法、线法、面积法、体积法和半椭圆面积法的基础上建立了相应的疲劳切口系数理论。采用临界距离体积法,以焊趾根部局部半球区域内的第一平均主应力来描述焊接钢结构的疲劳强度,在考虑结构几何形式、焊缝局部的几何形状、荷载形式、应力比、尺寸效应,残余应力等诸多因素的基础上,通过对焊接残余应力场的分析,建立了一种预测焊接钢结构疲劳强度的临界距离理论。通过对几类典型焊接钢结构进行理论预测,计算值与实验结果吻合较好,验证了方法的正确性。 本文在对焊接钢结构三维残余应力场分析和焊接钢结构疲劳强度预测的临界距离理论的基础上建立了S-N曲线预测方法模型。通过对几类错位板接头、对接板接头和T型板接头等典型的焊接钢结构的S-N曲线进行了预测,理论预测值与试验结果比较吻合较好,验证了该方法的有效性。本文方法对于焊接钢结构疲劳强度预测的工程应用有实用价值。
【学位授予单位】:长沙理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU391

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【引证文献】
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【参考文献】
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1 蒋志凯;基于残余应力场分析的焊接钢结构疲劳强度预测理论研究[D];长沙理工大学;2010年
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5 许世文;CFRP加固焊接钢结构疲劳试验研究[D];合肥工业大学;2008年
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8 张宇本;低温对焊缝力学性能的影响研究[D];安徽理工大学;2007年
9 刘波;轨道交通车辆座椅的静强度和疲劳强度分析[D];吉林大学;2004年
10 刘继军;95连杆的可靠性研究[D];郑州大学;2006年
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