K型圆管相贯节点焊接残余应力分析

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平面K型节点在钢管桁架结构中应用很多,节点的受力性能分析是钢管桁架设计的主要内容之一。钢管桁架节点通常采用相贯焊接方式连接。由于焊接过程会产生很高的温度,导致相贯节点上产生较大的残余应力。受残余应力的影响,节点的安全性能降低。以往关于平面节点和空间节点的承载力分析方法大多都忽略了残余应力的影响。因此,为了得到更为准确的节点受力分析,有必要对焊接残余应力进行分析,本文将对K型圆管相贯节点的残余应力进行分析。本文选取K型圆管相贯节点进行数值模拟和分析。利用有限元软件ANSYS提供的生死单元技术进行焊接过程的模拟。通过生死单元实现焊接温度场逐渐施加和焊接金属逐渐填充的过程。本文计算的K型节点的两条相贯焊缝总共分为24个时间段进行焊接加热。通过有限元数值方法求解得到了焊接温度场和应力场的结果。对焊接应力场求解模型加载,求得节点承载力,得出残余应力对K型圆管相贯节点承载力的影响。本文进行的主要工作如下:①K型节点有限元模型的建立,包括单元选择、网格的合理划分、考虑材料的物理性能和力学性能随温度的变化;②对焊接温度场结果分析,比较不同时间和不同位置温度的变化情况,得出焊接温度场影响范围和分布的趋势;③对焊接应力场结果分析,分析节点几何参数对应力场分布的影响以及应力场在焊接过程的变化规律和最终残余应力的分布规律;④通过对包含与不包含焊接残余应力的有限元模型加载,采用位移加载方式,得出了不同参数的K型节点(共24个)的荷载位移曲线。⑤计算包含焊接残余应力作用和不包含焊接残余应力作用的K型节点的承载力,比较包含焊接残余应力作用的K型节点的承载力与规范公式计算承载力。本文计算了24个不同参数的有限元模型,得出残余应力对节点承载力的影响程度。
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