U肋加勁鋼橋面板焊接殘余應(yīng)力與變形研究.pdf

1、正交異性鋼橋面板廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代鋼橋的橋面結(jié)構(gòu)中，而縱向U肋加勁的鋼板則是正交異性鋼橋面板的主要構(gòu)造形式。U肋焊接所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力與變形嚴(yán)重影響著結(jié)構(gòu)的制造精度、增加了焊后矯正的工作量，同時(shí)對結(jié)構(gòu)的服役性能也有不利影響。目前國內(nèi)外針對U肋加勁鋼橋面板焊接殘余應(yīng)力與變形的研究較少，尤其缺乏實(shí)測數(shù)據(jù)，因此對該構(gòu)造的焊接殘余應(yīng)力及變形進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究是十分必要的。為此，本文先從焊接熱源模型參數(shù)求解、盲孔法殘余應(yīng)力測試、焊接變形預(yù)測等基礎(chǔ)性課題

2、開展研究，再用數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)測試對研究結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，最后將驗(yàn)證過的研究成果應(yīng)用到U肋加勁鋼橋面板焊接殘余應(yīng)力及變形的預(yù)測與測試中。本文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)對國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行回顧、分析，包括焊接數(shù)值模擬方法研究、焊接熱源模型選取與參數(shù)確定、焊接殘余應(yīng)力測試方法、U肋加勁鋼橋面板焊接殘余應(yīng)力與變形研究等;指出了現(xiàn)有研究中存在的問題，針對這些問題確立了本文的研究目標(biāo)和內(nèi)容。
　　(2)根據(jù)有限元法與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)理論，

3、提出了基于等溫線的熔池形狀提取技術(shù)?；谠摷夹g(shù)，結(jié)合ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出一種雙橢球熱源模型參數(shù)的求解方法，并用VB語言開發(fā)了雙橢球熱源參數(shù)求解程序。采用提出的方法與開發(fā)的程序，對橋梁鋼結(jié)構(gòu)常用的焊接接頭形式，實(shí)現(xiàn)了焊接熱源模型參數(shù)求解的建模參數(shù)化與求解程序化。在此基礎(chǔ)上，對四種焊接參數(shù)下的熱源模型進(jìn)行了求解，并將計(jì)算的熔池形狀與實(shí)際熔池形狀進(jìn)行了對比。結(jié)果表明:提出的方法及開發(fā)的程序能夠有效、精確地求解雙橢球熱源模型參數(shù)。
　

4、　(3)為消除盲孔法殘余應(yīng)力測試中塑性應(yīng)變對測試精度的影響，針對現(xiàn)有方法計(jì)算繁瑣、不適用于應(yīng)力超過0.9倍屈服強(qiáng)度的問題，提出一種簡易的迭代方法。該方法計(jì)算簡單、迭代收斂快、且不受應(yīng)力水平的限制。討論了提出方法所求應(yīng)力狀態(tài)的存在性、唯一性及迭代的收斂性，并進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明:提出的方法能夠消除塑性應(yīng)變導(dǎo)致的盲孔法殘余應(yīng)力測試誤差，并能保證求解的應(yīng)力狀態(tài)唯一。
　　(4)基于本文關(guān)于焊接熱源模型參數(shù)求解、盲孔法殘余應(yīng)力測試的研究成

5、果，為探究U肋加勁鋼橋面板焊接殘余應(yīng)力的大小與分布，采用熱彈塑性有限元法和盲孔法對焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行了分析與測試，并對分析與測試結(jié)果進(jìn)行了對比，給出了Q345鋼材焊接殘余應(yīng)力超過345MPa的理由。
　　(5)為方便在結(jié)構(gòu)驗(yàn)算中考慮焊接殘余應(yīng)力的影響，對U肋加勁鋼橋面板，提出了用于整體分析和局部分析的焊接殘余應(yīng)力簡化圖示，給出了簡化圖示中相關(guān)參數(shù)取值，同時(shí)指出了簡化圖示在應(yīng)用中的注意事項(xiàng)。
　　(6)為了在焊接變形預(yù)測中便捷地

6、施加固有應(yīng)變，借助于ANSYS初應(yīng)變/初應(yīng)力荷載，提出一種固有應(yīng)變施加方法和一種固有應(yīng)變等效荷載的計(jì)算方法，并對兩種方法進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(7)對開坡口或有金屬填充過程的焊接工藝，指出基于殘余塑性應(yīng)變預(yù)測焊接變形存在偏小的問題，并分析了偏小的原因。針對該問題，提出了一種預(yù)測焊接變形的新方法——焊接變形源法。此處的“焊接變形源”是指焊件完全冷卻后塑性區(qū)的節(jié)點(diǎn)位移，它依靠熱彈塑性有限元法求解，已知焊接變形源便可直接預(yù)測焊接變形。同時(shí)，