网架结构节点焊缝拉裂等效有限元模型与损伤识别

发布时间：2019-09-21 17:39

【摘要】：由于网架结构的快速发展,焊接空心球节点得到了越来越普遍的应用。在管球焊接生产过程中及正常使用期间,焊接空心球节点很容易出现焊缝拉裂损伤。节点出现损伤会降低结构的整体刚度及稳定性,进而会引发结构严重的破坏甚至突然倒塌事故,造成重大的经济损失及惨重的人员伤亡。于是,对结构损伤识别技术的研究就显得十分有意义。本文的内容就是通过建立含受损节点网架结构的等效有限元模型,采用模糊模式识别法对节点损伤识别问题进行研究。本文的主要内容和步骤如下:1、利用ANSYS软件对含焊缝拉裂损伤焊接空心球节点建立力学模型,并通过计算求得管-球径比d/D及裂纹长度取不同值时受损节点的轴向刚度系数和弯曲刚度系数。利用MATLAB软件对受损节点刚度系数与其影响因素间的关系进行了曲线拟合分析。2、选用ANSYS软件中的Matrix27单元作为半刚性节点的等效单元,以建立含受损节点网架结构的等效有限元模型。随着节点损伤程度的不同,节点刚度的变化是通过修改Matrix27单元中对应实常数来实现的。3、基于建立的网架结构等效模型,本文采用模糊模式识别法对节点损伤进行识别。首先将节点的损伤程度按照裂纹长度划分成了23种损伤模式。然后选取了3个关键单元,以应变模态绝对差为识别量建立节点损伤识别的模式库。最后选取多个损伤工况进行了数值验证,得到了比较理想的识别效果,验证了本文方法的可行性。本文通过对受损焊接空心球节点力学模型的分析,建立了含受损节点的网架结构等效有限元模型。并以应变模态绝对差为损伤指标采用模糊模式识别法识别出了节点损伤的位置及程度,对含有焊缝拉裂损伤的网架结构损伤识别提供了有效的识别方法。
【图文】：

空间结构,类型,节点

遵循已设计好的空间图形连接而成的空间结构。所以，在网架结构体点的地位是举足轻重的，在连接杆件的同时还能够传递内力及荷载。点却是整个结构中最薄弱的环节，，其受力情况是十分复杂的，经常出中的现象。由于结构在使用期间是暴露在外界环境中，所以避免不了载、雪荷载甚至是突发自然灾害的作用。在外界因素的影响下，节点产生焊缝拉裂损伤。另外，节点在加工制作的过程会产生焊接质量的也增加了节点出现损伤的可能性。节点出现损伤会降低结构的整体刚性，进而会引发结构严重的破坏甚至突然倒塌事故。

示意图,裂纹,穿透裂纹,位置

图 2-1 位置不同的三类裂纹示意图穿透裂纹顾名思义就是指从结构的一个表面贯穿至相对表面的一种裂纹。然而，在实际的工程使用中，我们经常把裂纹深度大于结构厚度二分之一的裂纹也按穿透裂纹来考虑。并将这种裂纹的前缘看成直线来进行研究，也就是说（a）穿透裂纹（b）表面裂纹（c）深埋裂纹
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU356;TU317

【参考文献】