基于临界距离理论的焊接T型管节点疲劳性能的研究

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管结构在海洋平台、桥梁和塔等结构中有着广泛应用。焊接管节点是结构的关键部位,也是结构的薄弱环节。焊接管节点的疲劳问题一直是各国学者研究的热点,研究焊接高强管节点的疲劳性能,对结构的安全性有着十分重要的意义。在焊接管结构的疲劳分析过程中,常用的四种疲劳评估方法是名义应力法、热点应力法、缺口应力法和断裂力学法。其中,名义应力法应用最为广泛,但过于保守;热点应力法被认为是一种合适的方法并已纳入相关规范,但仍有待进一步完善;其他方法尚未成熟,还未达到规范应用的程度。本文依据已有高强钢焊接T型管节点分别在轴载和平面内弯曲作用下的疲劳性能试验数据,采用临界距离理论中的点法(PM)与线法(LM)分别对两种情况下管节点的疲劳性能进行预测。首先确定临界距离参数L的取值,再利用ANSYS软件对管节点进行有限元参数化建模分析,其中在对受轴载T型管节点建模时分不考虑焊缝与考虑焊缝两种情况分别建立模型。然后选取第一主应力最大值点沿其最大梯度方向,作为临界距离理论的聚焦路径。在对受轴载的T型管节点应力梯度提取时,通过MATLAB程序进行操作。对平面内弯曲的T型管节点应力梯度的提取,是通过将应力的数据作为温度荷载重导入到模型中,显示温度梯度即可得到应力梯度。最后利用ANSYS的路径相关命令绘制应力一距离曲线图,利用点法与线法对管节点的热点应力集中系数(SCF)与热点应力幅进行计算,并对计算值的精度进行了验证。结果表明,管节点受轴载作用采用点法及线法对无焊缝模型热点应力集中系数SCF及热点应力幅的预测存在较大的偏差,预测结果有较大的离散性;在考虑焊缝的模型中,线法的预测精度比点法更精确,点法、线法均能对该模型的热点应力幅进行预测,并且误差范围均在±20%左右。管节点受平面内弯曲作用,点法及线法计算值均高于试验值,说明如果以此结果用于T型管的疲劳设计会偏于保守。
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