殘余應(yīng)力對Q550高強度焊接H型鋼柱承載力影響分析

以有限元分析軟件ansys為工作平臺,基于非線性板殼有限元分析理論,采用大撓度彈塑性分析方法,考慮初始缺陷的影響,計算有不同熱軋殘余應(yīng)力峰值下的h型鋼柱的極限承載力,得到主要影響鋼柱極限承載力的因素,為熱軋殘余應(yīng)力的統(tǒng)計提供一些參考意見。

針對寶鋼最新研發(fā)的高強度q460鋼材,采用鉆孔應(yīng)變釋放法測試焊接h型鋼縱向殘余應(yīng)力在截面上的大小及分布規(guī)律。同時,結(jié)合機械剝層的方式對縱向殘余應(yīng)力沿壁厚方向的分布規(guī)律進行試驗考察。在試驗測試結(jié)果的基礎(chǔ)上,提出高強度q460焊接h型鋼的縱向殘余應(yīng)力分布的計算模型。

采用有限元方法分析了初彎曲和殘余應(yīng)力對常用長細比范圍內(nèi)箱型鋼柱穩(wěn)定極限承載力的影響,同時考慮了幾何非線性和材料非線性,并通過荷載—位移曲線確定箱型鋼柱受壓穩(wěn)定極限承載力。通過分析得出,初彎曲對箱型鋼柱軸心受壓穩(wěn)定極限承載力影響較大,殘余應(yīng)力的影響相對較小,當既有初彎曲又有殘余應(yīng)力時,柱的穩(wěn)定極限承載力將大為下降。這可以為今后實際工程中箱型鋼柱的設(shè)計和計算提供一定的參考。

h型鋼構(gòu)件在生產(chǎn)過程中將不可避免的產(chǎn)生殘余應(yīng)力,而殘余應(yīng)力的存在將極大地影響構(gòu)件的承載能力。采用盲孔法測試了大h型鋼構(gòu)件的殘余應(yīng)力分布,根據(jù)對大型h型鋼構(gòu)件的殘余應(yīng)力測試結(jié)果在有限元模型中引入不同殘余應(yīng)力分布和邊界條件,討論了殘余應(yīng)力與邊界條件耦合作用對構(gòu)件承載能力的影響。結(jié)果表明對于不同的邊界條件和殘余應(yīng)力分布,h型鋼柱構(gòu)件的承載能力表現(xiàn)出不同的敏感性,該結(jié)果對h型鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計具有一定的指導(dǎo)作用。

通過用盲孔法對焊接h型鋼的殘余應(yīng)力進行檢測，并對檢測結(jié)果進行分析，初步了解了焊接h型鋼殘余應(yīng)力的狀況。

構(gòu)件中所存在的殘余應(yīng)力會大大影響鋼結(jié)構(gòu)組件的剛度和疲勞壽命。雖然對于低碳鋼的結(jié)構(gòu)部件有較多的研究,但由于在常溫和高溫下應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系和材料屬性的不同,造成了殘余應(yīng)力分布在高強鋼構(gòu)件中與低碳鋼焊接而成的構(gòu)件中的差異。因此,有必要研究由高強鋼焊接而成的結(jié)構(gòu)部件中殘余應(yīng)力的分布。對3個屈服強度460mpa的焊接熱切高強型鋼柱的殘余應(yīng)力進行研究,對不同橫截面大小也進行了分析。使用切片法和鉆孔法測量,并對兩種方法所獲得的殘余應(yīng)力進行比較。所測量的殘余應(yīng)力的大小和分布與碳鋼中的一致,然而卻有相對更小的殘余應(yīng)力比。最后,根據(jù)所測量的值,提出一個簡化的由熱切h型鋼焊接而成的460mpa高強鋼構(gòu)件的殘余應(yīng)力分布。

錐柱耐壓殼常采用高強度鋼建造,高強度鋼對焊接殘余應(yīng)力較為敏感,因此有必要針對耐壓結(jié)構(gòu)典型焊接接頭的殘余應(yīng)力進行研究。本文基于熱彈塑性相關(guān)理論,采用ansys的apdl語言編制焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬程序。研究板厚、板寬、錐角以及焊接速度、焊喉溫度對典型焊接接頭軸向焊接殘余應(yīng)力的影響。研究表明:錐柱耐壓殼凹面焊趾附近區(qū)域殘余拉應(yīng)力較大,應(yīng)作為疲勞強度研究的重點區(qū)域。板厚和焊喉溫度對殘余拉應(yīng)力的影響較殘余壓應(yīng)力大;板寬和錐角對殘余拉、壓應(yīng)力影響均較大。本文的研究可以控制焊接殘余應(yīng)力和優(yōu)化焊接加工工藝,并為后續(xù)耐壓結(jié)構(gòu)疲勞強度的研究奠定相關(guān)理論基礎(chǔ)。

針對大寬厚比的高頻焊接h鋼柱塑性耗能能力較低的特點,進行了10個試件的單調(diào)和反復(fù)加載試驗研究.試驗揭示,在一般低多層框架結(jié)構(gòu)的長細比范圍內(nèi),翼緣和腹板板件寬厚比的組合和軸壓比是決定薄柔h鋼柱靜力和滯回性能的關(guān)鍵因素.綜合實驗結(jié)果和系統(tǒng)的數(shù)值分析,提出了經(jīng)受罕遇地震往復(fù)作用時,將鋼柱承載力下降限制在某一范圍內(nèi)的設(shè)計原則.按此原則,可以確定容許的板件寬厚比組合限值.這一設(shè)計方案為在抗震設(shè)防區(qū)使用薄柔構(gòu)件輕型鋼框架提供了可能.

鋼結(jié)構(gòu)開裂及變形很大程度上是由于焊接殘余應(yīng)力造成的.文章對鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力結(jié)構(gòu)進行分析,探究了鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力分布、產(chǎn)生原因及其對鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)剛度、疲勞強度、應(yīng)力腐蝕開裂、焊件穩(wěn)定性、低溫工作性能、結(jié)構(gòu)變形、靜力強度等鋼結(jié)構(gòu)性能的影響,并提出了實踐工作中焊接殘余應(yīng)力的控制及消除辦法,為相關(guān)行業(yè)提供參考.

隨著鋼結(jié)構(gòu)建筑的增加，焊接應(yīng)力和變形對鋼結(jié)構(gòu)的承載力的影響越來越引起工程界的關(guān)注。本文從焊接應(yīng)力和變形產(chǎn)生的原因著手，對鋼結(jié)構(gòu)框架是否考慮焊接應(yīng)力和變形進行承載力對比分析。

本文采用數(shù)值模擬的方法,對船體結(jié)構(gòu)的某一環(huán)形拘束焊縫進行焊接殘余應(yīng)力的模擬計算。同時采用壓痕式應(yīng)力測試儀,對實際船體結(jié)構(gòu)進行測試,并與模擬結(jié)果相對比驗證。結(jié)果表明,模擬結(jié)果與實測結(jié)果測得的焊接殘余應(yīng)力分布規(guī)律基本一致,環(huán)形拘束焊縫縱向殘余應(yīng)力大于橫向殘余應(yīng)力,最大焊接殘余應(yīng)力位于靠近熱影響區(qū)的直線段焊縫近表面處。

引入高強度鋼高溫下的力學(xué)性能參數(shù),推導(dǎo)了高強度鋼軸心受壓柱在高溫下的臨界應(yīng)力,進而得到高溫下整體穩(wěn)定系數(shù)與臨界溫度。將高強度鋼和普通鋼軸心受壓柱在高溫下的穩(wěn)定系數(shù)和臨界溫度進行了對比,結(jié)果表明:普通鋼軸心受壓柱高溫下的整體穩(wěn)定系數(shù)和臨界溫度不適用于高強度鋼軸心受壓柱,高強度鋼軸心受壓柱整體穩(wěn)定系數(shù)比普通鋼低。使用有限元方法對文中給出的高強度鋼軸心受壓柱的整體穩(wěn)定系數(shù)進行了驗證,二者得出的結(jié)果吻合較好。

通過用盲孔法對熱軋h型鋼和焊接h型鋼的殘余應(yīng)力進行檢測，并對檢測結(jié)果進行分析，初步了解了熱軋h型鋼與焊接h型鋼殘余應(yīng)力的狀況。

對q235試板分別在室溫下進行焊接焊后自然冷卻及加熱到300、500、600和650℃進行焊接焊后保溫緩冷(即熱焊工藝),用小盲孔法測量焊接殘余應(yīng)力。實驗結(jié)果表明,采用熱焊方法進行焊接能夠有效降低焊接殘余應(yīng)力,且加熱溫度越高,焊接殘余應(yīng)力降低效果越好。

采用msc.marc有限元軟件建立了分析模型,分析了板件中熱應(yīng)力分布及其隨時間變化對螺栓預(yù)拉力的影響,研究了不同梁高與螺栓數(shù)量的螺栓群承載力變化規(guī)律,并對螺栓群補擰區(qū)域提出了幾點建議。

采用有限元熱彈塑性分析方法對t形接頭不同焊接順序的殘余應(yīng)力和變形進行模擬.有限元模型中選用三維實體單元,分析了材料物性參數(shù)隨溫度的變化和對流、輻射散熱的影響.運用單元生死技術(shù)模擬t形接頭多道焊接過程,獲得了不同焊接順序t形接頭焊接溫度場和殘余應(yīng)力、變形場,并對計算結(jié)果進行了分析.結(jié)果表明,焊接順序?qū)形接頭的殘余應(yīng)力和變形有較大的影響,采用先焊一側(cè),然后焊另一側(cè)的方案所得到的殘余應(yīng)力和角變形最小.

采用有限元軟件msc.marc,對使用高強鋼制造的工程機械常用局部加強貼板焊接結(jié)構(gòu)進行焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬計算分析。文中分別對四種不同結(jié)構(gòu)和焊接順序進行計算,對比分析結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)拘束和焊接順序?qū)附託堄鄳?yīng)力有重要影響,局部加強貼板增加結(jié)構(gòu)拘束度,導(dǎo)致焊接殘余應(yīng)力增大;先焊主結(jié)構(gòu),再焊局部加強貼板,焊接殘余應(yīng)力最大。因此,合適地設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)和焊接順序有利于降低結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力,提高焊接結(jié)構(gòu)的可靠性。

研究了大規(guī)格h型鋼產(chǎn)品矯后出現(xiàn)腹板波浪以及切割過程中出現(xiàn)腹板開裂的原因。采用有限元數(shù)值分析和現(xiàn)場測試相結(jié)合的方法,分析了h型鋼空冷至矯直溫度時殘余應(yīng)力的分布規(guī)律。結(jié)果表明,現(xiàn)有生產(chǎn)工藝條件下,型鋼冷卻至矯直溫度(80℃)時,腹板上存在著較大的壓應(yīng)力,致使發(fā)生腹板波浪。在腹板和r角的交接部位,殘余應(yīng)力分布極為不均,由壓應(yīng)力向拉應(yīng)力突變,是導(dǎo)致產(chǎn)品切割開裂的主要原因之一。

鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力的影響因素與控制 摘要焊接殘余應(yīng)力對鋼結(jié)構(gòu)的剛度、穩(wěn)定性、疲勞性能產(chǎn)生影響。焊接殘 余應(yīng)力的影響因素、控制。 關(guān)鍵詞焊接殘余應(yīng)力；因素；控制 鋼結(jié)構(gòu)焊接是局部被高溫加熱、熔化，加熱區(qū)域受熱膨脹，隨后連續(xù)冷卻收 縮凝固的過程。過程中焊件存在應(yīng)力場、溫度場和變形場及顯微組織狀態(tài)場的變 化，且相互影響。當產(chǎn)生的熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、超過材料屈服極限時，在焊縫及 近焊縫區(qū)產(chǎn)生拉應(yīng)力和母材的壓應(yīng)力在數(shù)值上達到自身平衡時的應(yīng)力狀態(tài)，稱為 焊接殘余應(yīng)力。焊接殘余應(yīng)力沿焊縫橫向、縱向及板材厚度方向分布，對鋼結(jié)構(gòu) 的剛度、穩(wěn)定性、疲勞性能產(chǎn)生影響。 1焊接殘余應(yīng)力的影響因素 1）焊接熱源。焊接時對焊件進行局部加熱，熱源中心溫度達1600℃以上， 焊件上每一點距焊縫的距離不同，其溫度在瞬間都在變化，溫度場隨時改變。且 熱輸入的不均勻性更增加了焊件的溫度梯度，影

以無工藝孔鋼梁與h型鋼柱焊接節(jié)點作為研究對象,基于abaqus有限元分析與擬靜力試驗,對無工藝孔節(jié)點與普通工藝孔節(jié)點受力性能進行比較,并闡述無工藝孔節(jié)點的性能優(yōu)勢及在我國應(yīng)用的可行性。結(jié)果表明,無工藝孔法應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)梁柱節(jié)點,可以有效地提高節(jié)點的抗震性能,在我國現(xiàn)階段鋼結(jié)構(gòu)加工技術(shù)條件下應(yīng)用具有可行性。

在鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)中,焊接作為至關(guān)重要的應(yīng)用技術(shù),其應(yīng)用的范圍非常廣泛,具有許多顯著的優(yōu)勢,但是也具有一定的缺陷,鋼結(jié)構(gòu)焊接的殘余應(yīng)力和焊接中出現(xiàn)的變形問題。在鋼結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)中,如果出現(xiàn)鋼材結(jié)構(gòu)的溫度不均勻,就會導(dǎo)致鋼材結(jié)構(gòu)出現(xiàn)許多焊接殘余應(yīng)力,從而造成焊接的鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形以及開裂問題,影響了鋼結(jié)構(gòu)焊接施工質(zhì)量。本文主要針對鋼結(jié)構(gòu)焊接作業(yè)中殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因進行了深入分析,并對殘余應(yīng)力的影響展開了探討,并提出了控制鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力和變形的方法。

為了研究高強鋼中厚板焊接箱形柱的極限承載力,以11mm厚國產(chǎn)q460高強鋼中厚板制作了7個焊接箱形柱進行軸心受壓試驗。試件共包含寬厚比8、12、18三種截面,長細比分別為35、50、70。根據(jù)試件的實測尺寸、鋼材的力學(xué)性能建立有限元模型,以初始缺陷的形式考慮了試件的初始撓度、初始偏心及焊接殘余應(yīng)力,分析預(yù)測了試件的極限承載力。試驗結(jié)果表明,高強鋼焊接箱形柱穩(wěn)定系數(shù)采用gb50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》中的c類截面柱子曲線偏保守,試驗結(jié)果平均曲線更接近b類截面曲線,但仍需進一步驗證。分析結(jié)果表明,考慮了初始缺陷的有限元模型可準確預(yù)測柱的極限承載力,可以作為試驗數(shù)據(jù)的補充。