钢结构十字形节点固有应变的研究

论文摘要

焊接技术在现代工业制造领域已经占有很重要的地位,在各种钢结构连接中已经被广泛应用。焊接过程是极为复杂的,涉及的诸多参数都是随时间瞬时变化的,且分布是不均匀的和强烈非线性的。正确的认识焊接结构的特点,理解焊接的具体过程,是应用焊接技术的基础。因此对焊接过程中产生的焊接残余应力、焊接变形等方面的精确预测显得尤为重要。固有应变法就是一种预测焊接变形的有效方法。掌握一些常见焊接接头的固有应变可以很方便的预测焊接变形。本文在前半部分对目前国内外在焊接领域的一些研究现状及成果做了详细叙述,主要是围绕焊接变形的预测展开的。其中对热弹塑性有限元理论和固有应变理论做了较为详细的论述。后半部分是采用ANSYS10.0有限元软件,建立热弹塑性有限元模型,应用固有应变理论来详细分析钢结构十字形节点的固有应变。以此来验证软件和理论的有效性,并提出一些特定结构的固有应变的研究方法。通过ANSYS软件提供的热—结构耦合功能,采用间接法,先进行焊接温度场的计算分析,把温度场分析的节点温度以荷载形式作用于结构单元,再进行焊接应力和应变的分析,从而可以了解焊接温度场及应力应变的具体变化规律。通过Tendon Force的概念对模拟得到的纵向应变进行处理分析,得出数值模拟结果,通过与理论结果的对比来验证本文求解固有应变方法的正确性。本文所提出的模拟分析方法可以推广到各种尺寸规格、各种接头形式的焊接过程的计算分析中去。此方法为复杂结构节点的研究提供了参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 课题的研究历史与现状
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 焊接变形预测
• 1.2.1 热弹塑性有限元理论
• 1.2.2 固有应变有限元理论
• 1.2.3 考虑相变与各种耦合效应的有限元理论
• 1.2.4 粘弹塑性有限元理论
• 1.2.5 残余塑性应变有限元理论
• 1.2.6 利用相似理论
• 1.2.7 人工神经网络理论
• 1.3 焊接变形数值模拟研究课题当前存在的不足
• 1.3.1 焊接变形数值模拟研究中的不足
• 1.3.2 焊接力学模型研究中存在的不足
• 1.4 国内外研究成果
• 1.5 本论文的主要工作
• 1.6 本章小结
• 2 焊接变形及其调控
• 2.1 概述
• 2.2 焊接结构的残余变形
• 2.2.1 焊接残余变形的基本形式
• 2.2.2 焊接残余变形的危害
• 2.2.3 T 形和搭接接头的横向收缩
• 2.2.4 纵向收缩变形
• 2.3 焊接变形的测量
• 2.3.1 焊接过程中变形的测量
• 2.3.2 焊接残余变形的测量
• 2.4 焊接残余变形的调控与消除
• 2.4.1 控制焊接变形的措施
• 2.4.2 矫正焊接变形的方法
• 2.5 影响焊接变形的因素
• 2.6 本章小结
• 3 热弹塑性有限元法和固有应变法的基本理论
• 3.1 热弹塑性有限元法
• 3.1.1 有限元法介绍
• 3.1.2 有限元分析的步骤
• 3.1.3 热弹塑性有限元分析的基本关系
• 3.1.4 提高计算精度和稳定性的途径
• 3.2 固有应变理论
• 3.2.1 固有应变的基本概念
• 3.2.2 焊接固有应变的确定
• 3.2.3 Tendon Force
• 3.2.4 固有应变法的计算与应用
• 3.3 本章小结
• 4 十字形节点的计算实例
• 4.1 ANSYS 有限元软件
• 4.1.1 ANSYS 有限元软件简介
• 4.1.2 ANSYS 有限元软件分析的典型过程
• 4.1.3 ANSYS 有限元软件在焊接分析中的应用
• 4.2 计算模型综述
• 4.2.1 热源模型的基本特征
• 4.2.2 高斯函数分布的热源模型
• 4.2.3 选用高斯函数分布的热源模型的意义
• 4.2.4 十字形节点模型尺寸
• 4.2.5 材料特性
• 4.2.6 边界条件
• 4.3 APDL 参数化程序设计
• 4.4 有限元计算结果
• 4.4.1 温度场计算结果
• 4.4.2 应力场计算结果
• 4.4.3 塑性应变计算结果
• 4.4.4 变形计算结果
• 4.5 计算结果分析
• 4.6 结论及启示
• 4.7 本章小结
• 5 展望综述
• 5.1 本课题的研究价值
• 5.2 今后的工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录