钢管相贯节点焊接残余应力有限元分析

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钢管相贯节点体现出了很多优越性,从而在工程应用中越来越广泛。在各种形式的管结构中,管节点的设计又是关键的研究对象。焊接过程是一个局部的不均匀加热、冷却的过程,焊件内部受焊缝区高度集中的热源影响出现分布不均匀的残余应力场。焊接残余应力对焊接结构的强度、刚度、以及疲劳强度等都有影响。但是由于残余应力的成因十分复杂,至今未找到相贯节点焊接残余应力的理论公式。如今,随着焊接数值模拟技术的日趋成熟,越来越多的国内外学者采用有限元软件来模拟焊接过程,分析残余应力的分布规律。   本文选取K型钢管相贯节点进行研究,主要有以下几点:   (1)对焊接过程中的温度场和应力场的基本理论和模拟方法进行阐述。采用两种实体单元建立钢管节点模型和焊缝模型,将每个支管的焊缝分成八段,在热源施加上,采用单元的生死技术,来模拟焊接过程中热源的移动。   (2)焊接温度场数值模拟,通过后处理,分析两种焊接顺序和两种焊接间隔时间方案下焊接温度场不同时刻的分布图,得出温度场的分布规律和各方案下温度场分布的异同。   (3)焊接残余应力场的模拟,同样通过后处理,分析两种焊接顺序、两种焊接间隔时间和不同的支管间隙方案下焊缝中心线上以及热影响区范围内焊接残余应力的分布规律。比较各方案下残余应力的大小和分布差异,从而选择较优方案,为实际工程提供参考价值。
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