正交異性鋼橋面板縱、橫肋焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬.pdf

1、正交異性鋼橋面板由于各方面具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，于現(xiàn)代橋梁建設(shè)中得到越來越廣泛地認(rèn)可與使用。然而隨著服役時(shí)間的增加，許多橋面板上已經(jīng)涌現(xiàn)出不同程度的疲勞問題，對(duì)結(jié)構(gòu)的使用性和安全性造成了非常嚴(yán)重的影響。
　　正交異性鋼橋面板結(jié)構(gòu)復(fù)雜，縱肋、橫肋等焊接到橋面板上，焊接所產(chǎn)生的殘余應(yīng)力以及應(yīng)力集中對(duì)疲勞強(qiáng)度有著極為不利的影響。本文針對(duì)此特殊構(gòu)造，模擬其焊接加工過程并計(jì)算焊后殘余應(yīng)力值，得出該結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力整體分布情況，重點(diǎn)關(guān)注極易出現(xiàn)裂紋處的

2、焊接殘余應(yīng)力分布狀況。論文主要工作如下:
　　首先，介紹了正交異性鋼橋面板及其由焊接引發(fā)的疲勞問題，再分別概括了焊接殘余應(yīng)力的定義、分類、產(chǎn)生的原因和對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，總結(jié)歸納了有哪些實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法以及簡(jiǎn)要敘述了它的消除方式，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)所用測(cè)試方法以及殘余應(yīng)力消除措施做了進(jìn)一步說明。
　　其次，有針對(duì)性地論述了有限元分析理論在焊接中的應(yīng)用及其特點(diǎn)，并總結(jié)了有限元模擬焊接過程涉及的關(guān)鍵技術(shù)。列出了焊接熱過程中傳熱基本形式、有限元方法

3、分析的基本方程，進(jìn)一步闡述了對(duì)于涉及非線性瞬態(tài)問題時(shí)，分析所用離散方法。同時(shí)，簡(jiǎn)要說明了在有限元分析焊接應(yīng)力場(chǎng)時(shí)所用基本理論與準(zhǔn)則。
　　然后，對(duì)基于ANSYS軟件的熱分析方法進(jìn)行概述。詳細(xì)總結(jié)了模擬焊接溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的步驟及方法，其中待解決的關(guān)鍵問題有:模型的建立、網(wǎng)格的劃分、單元的選擇、熱源的選擇、邊界條件的確定、荷載的施加、溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)之間的耦合、模擬熱源的移動(dòng)、焊縫逐步成形的關(guān)鍵技術(shù)以及荷載步的確定。
　　最后，依

4、據(jù)上述理論研究并參照實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒⒂?jì)算模型。確立采用三維有限元數(shù)值方法模擬其溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)，針對(duì)問題選取形狀規(guī)則的無中間節(jié)點(diǎn)的六面體實(shí)體單元以及一定溫度范圍內(nèi)的材料熱物理參數(shù)，合理規(guī)劃網(wǎng)格劃分密度，邊界條件選擇室溫且結(jié)合實(shí)際情況確定采用雙橢球熱源模型，并對(duì)熱源參數(shù)的選取進(jìn)行評(píng)定，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)語言編寫程序?qū)崿F(xiàn)熱源移動(dòng);應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算時(shí)，施加邊界條件限制剛體位移并讀入計(jì)算所得的溫度荷載，再利用生死單元法模擬焊縫的逐步填充。首先計(jì)算得到U肋焊于橋