振动时效降低焊接吊车梁残余应力有限元分析

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振动时效是继热时效之后发展起来的一种用来降低残余应力的技术。其工作原理是:使用激振器施加交变荷载,使构件发生局部塑性变形,以达到降低残余应力的目的。目前振动时效技术主要应用于机械行业和航空行业,并且取得了很好的效果,但在土建钢结构应用较少。本文以焊接吊车梁为研究对象,采用数值模拟的手段,首先研究振动时效前后残余应力的变化情况;然后确定了振动参数的选取原则;最终得到了振动时效效果最好的振动方案及其相应的振动参数。主要研究内容如下:(2)研究了激振力幅值、激振力频率和激振时间对振动时效效果的影响,最终确定了振动时效参数的选取原则。结果发现:在构件不发生破坏的情况下,激振力幅值越大,振动时效效果越好;激振力频率越接近构件固有频率,振动时效效果越好;振动时效可以在很短的时间内完成,延长激振时间不会提高振动时(1)利用ANSYS软件模拟焊接吊车梁的焊接过程和振动时效过程。结果表明:焊接过程产生了不可忽略的纵向残余应力和横向残余应力;对于纵向残余应力,振动时效可以有效的降低残余拉应力峰值和残余压应力峰值,且残余拉应力峰值的降幅大于残余压应力;对于横向残余应力,振动时效可以降低残余拉应力峰值,使横向残余应力得到一定程度的均化。效效果。(3)利用ANSYS软件编写APDL子程序将纵向残余应力导入吊车梁模型中。当使用单个激振力作用时,改变激振力位置分别研究其振动时效效果。结果发现:当水平激振力作用在跨中截面下翼缘时,振动时效效果最好。(4)当使用两个激振力同时作用时,改变激振力位置分别研究其振动时效效果。结果发现:当两个竖向激振力分别作用在跨中截面上翼缘两个边缘位置处,振动效果最好。(5)对比使用单个激振力作用效果和使用两个激振力作用效果。结果表明:单个激振力作用时振动效果好于两个激振力作用时振动效果。(6)结合目前振动时效设备参数的范围,分别改变激振力幅值、激振力频率和激振时间,确定了振动时效效果最好的振动方案及其相关参数。最终确定的振动时效方案为:单个水平激振力作用在跨中截面下翼缘,激振力幅值为15KN,激振力频率为9.8Hz,激振时间为5min。使用此振动时效方案进行振动,吊车梁下翼缘纵向残余拉应力峰值从345MPa下降到237.04MPa,降幅为31.3%。本文的研究结论可为振动时效技术在土建钢结构领域的应用提供参考,具有一定的现实意义。
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