焊接铝合金箱型蜂窝梁承载性能研究

发布时间：2020-03-20 02:12

【摘要】：铝合金具有强度高、质量轻、可加工性强且经济美观等优点。在大跨网架等结构形式中,铝合金展现出较大的优势,箱型蜂窝梁可弥补铝合金稳定能力不佳的特性。焊接铝合金箱型蜂窝梁可根据工程实际需要采取不同的扩张比,改善截面力学特性。目前我国对于铝合金蜂窝梁并没有相应的设计规范,因此本文通过室内试验和数值模拟相结合的方法,研究了6061-T6铝合金箱型蜂窝梁的承载能力。具体的研究内容及成果如下:(1)通过6组板式铝合金6061-T6材料拉伸试件的试验,整理数据并计算了本构关系的主要参数,包括弹性模量E、断后伸长率A_t、非比例延伸强度f_(0.2)、应变硬化参数n、泊松比v等参数。并根据Ramberg-Osgood~([1])建立了本构关系方程。试验结果发现铝合金的延性较差,拉伸断裂在10%左右。(2)以本构关系为基础进行了抗弯试验与低周循环往复试验,采用L_4的正交试验法设计了扩张比为1.3与1.5的4根试件。试验前测量了试件的初始缺陷以及焊缝质量。通过试验研究了扩张比和不同焊接方法,以及是否打磨焊缝等参数对抗弯承载能力的影响。试验结果发现,腹板开孔角部位置变形量最大,试件的挠度大于预估值,固定端部第一个开孔的变形量最大。通过正交法发现扩张比对于抗弯强度的影响量最大,焊接方法的选择不是影响承载能力的主要参数,打磨焊缝对承载能力的提高低于10%。(3)通过有限元分析软件对拉伸试验的数据进行非线性建模,通过与抗弯数据对比来验证有限元模型正确性。发现扩张比在1.5到1.7之间产生强化极值,当扩张比达到1.7之后构件抗弯承载力会出现下降。腹板高厚比在75以下时,对于构件性能的影响较小。翼缘的宽厚比在22左右时构件力学性能较好。并对开孔腹板的局部稳定进行了有限元模拟。(4)以现有的H型蜂窝梁及箱梁计算公式推导了箱型蜂窝梁的挠度计算公式以及抗弯强度计算公式。通过有限元软件在低周循环试验的数据验证的基础上模拟了焊接铝合金箱型蜂窝梁在低周循环荷载作用下的力学响应。发现铝合金试件的滞回曲线比较饱满,捏拢现象不明显,表明焊接铝合金箱型蜂窝梁抗震性能良好。焊接铝合金箱型蜂窝梁展现出优异的力学特性。焊接铝合金箱型蜂窝梁的承载能力主要受扩张比,腹板高厚比,翼缘宽厚比等参数影响,其中扩张比影响的程度最大,翼缘宽厚比对腹板剪力滞回效应有影响。
【图文】：

图 1.1 圆形孔蜂窝梁厂房表 1.2 部分采用铝合金结构的桥梁实例桥梁类型 跨度(m) 所在悬索桥 174 法国门式桥 63 法国悬索桥 80 美国桁架梁桥 31 英国桁架桥 25 加拿中使用铝合金材料作为结构用的建筑造价比钢大量的工程实践结果表明，，铝合金建筑在建因为铝合金结构具有天然的防腐性能，所有工成本。随着铝合金结构研究的不断深入，相铝合金来实现更多复杂的新型结构。

6 30.10 30.02 30.02 30.05 7.04 7.10 7.06 7.072.1.3 试验装置及测量系统试验在西安工业大学材料实验室进行，所有试件采用的拉伸试验机为 DNS300 电子能试验机。单调加载按照《金属材料拉伸试验-室温试验方法》（GB/T228.1-2010）中的求执行。试件均沿试件纵向取得试件，几何尺寸如图所示 2.1 所示，试件实物如图 2.2 示实验装置如图 2.3，拉伸试验现场如图 2.4。图 2.1 试件尺寸图示
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU395

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本文编号：2591082