论文摘要
本文以无焊接工艺孔梁柱节点、115mm扩大型工艺孔节点及普通工艺孔节点为研究对象，首先采用可以调入自编子程序DFLUX的ABAQUS对三种节点进行焊接残余应力分析；其次在残余应力场存在的基础上进行拟静力分析，得到三种节点在低周往复荷载作用下的力学性能参数；最后进行拟静力实验，并与有限元分析结果相比较。旨在确认一种新的数值模拟方法应用于钢结构梁柱节点性能分析时的有效性和合理性，并藉此方法明确所研究钢结构梁柱节点的性能特点，为钢结构学科发展提供理论依据，具有一定的科学意义。研究工作的主要内容和成果如下：（1）利用ABAQUS有限元分析软件，采用生死单元技术对无工艺孔节点、115mm扩大型工艺孔节点以及普通工艺孔节点进行有限元热分析。通过对自编子程序DFLUX的调用实现椭球热源的移动，真实地模拟整个焊接过程以及残余应力场的产生过程。计算分析结果表明：无工艺孔节点焊接残余应力在梁翼缘和腹板交叉处较为突出；扩大型工艺孔节点较容易在工艺孔根部产生应力集中；普通工艺孔节点的焊接残余应力在梁翼缘和腹板交叉处、梁腹板角焊缝端部即工艺孔端部较为突出。不过由于工艺孔具有一定的散热能力，普通工艺孔节点以及115mm扩大型工艺孔节点在工艺孔处的焊接残余应力相对较小。（2）在残余应力分析的基础上，进行以上三种节点的拟静力分析，得到低周往复荷载作用下的主要性能参数，并进行对比研究。结果表明：无工艺孔节点的承载力和塑性变形能力均较高，115mm扩大型工艺孔节点性能并不理想。（3）采用MTS液压伺服加载设备进行三种节点的拟静力实验。结果表明：无工艺孔节点表现较好的耗能性能，极限承载力和塑性转角均高于其他两种工艺孔节点形式；115mm扩大型工艺孔节点滞回环面积最小，各个性能参数并不理想；普通工艺孔节点较早地出现脆性断裂，裂缝始于与梁翼缘和腹板交线重合的工艺孔端部，滞回曲线捏缩。通过对三种工艺孔节点的实验和有限元分析结果的比较可以看出，建立在残余应力分析基础上的拟静力分析结果较为真实，热-力顺次耦合法较好地模拟了动态施焊过程。
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摘要Abstract第1章 绪论1.1 选题背景和意义1.2 国内外研究现状1.3 研究内容1.4 文章结构第2章 有限元分析方法的确定2.1 引言2.2 非线性有限元分析考虑的要素2.2.1 材料非线性和几何非线性2.2.2 屈服准则2.3 有限元软件的选择2.4 ABAQUS 的功能模块2.4.1 ABAQUS/Standard 模块2.4.2 ABAQUS/Explicit 模块2.4.3 ABAQUS/CAE 模块2.5 单元类型的选择2.5.1 单元基本属性2.5.2 实体单元2.6 FORTRAN 及 ABAQUS 用户子程序介绍2.7 热源模型2.7.1 热源模型的选择2.7.2 移动热载荷的实现2.7.3 熔滴过渡到母材能量的实现2.8 本章小结第3章 新型节点焊接过程模拟及残余应力分析3.1 引言3.2 前处理情况3.2.1 几何模型的确定3.2.2 材料特性参数3.2.3 确定单元类型3.2.4 网格划分3.2.5 边界条件3.3 热源移动过程分析3.4 焊接残余应力场计算结果分析3.4.1 残余应力分布云图3.4.2 残余应力路径3.5 焊接残余应变计算结果分析3.5.1 残余应变分布云图3.5.2 残余应变路径3.6 焊接残余应力对脆性断裂的影响3.7 本章小结第4章 梁柱节点有限元拟静力分析4.1 前处理情况4.1.1 材料特性参数4.1.2 确定单元类型4.1.3 网格划分4.1.4 约束条件4.1.5 加载制度4.2 计算结果分析4.2.1 应力分布云图4.2.2 滞回曲线4.2.3 梁端塑性转角和总转角4.2.4 骨架曲线4.2.5 等效粘滞阻尼系数 he4.2.6 位移延性系数μ4.3 本章小结第5章 循环往复荷载作用下的节点实验5.1 材性实验5.2 实验装置5.2.1 加载设备及装置5.2.2 数据采集及量测设备5.3 实验现象5.3.1 无工艺孔节点5.3.2 115mm 扩大型工艺孔节点5.3.3 普通工艺孔节点5.4 实验数据分析5.4.1 滞回曲线5.4.2 梁端塑性转角和总转角5.4.3 骨架曲线5.4.4 等效粘滞阻尼系数 he5.4.5 位移延性系数5.5 实验结果与有限元结果对比分析5.5.1 受力、破坏形态对比分析5.5.2 主要参数对比分析5.5.3 滞回性能的对比分析5.6 本章小结第6章 结论与展望6.1 结论6.2 展望参考文献攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作致谢
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新型钢结构梁柱节点的焊接过程动态模拟及其力学性能分析
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