双层钢板对接焊缝和不同厚度钢板对接焊缝残余应力研究

发布时间：2020-05-11 18:19

【摘要】：查阅我国规范和德国规范后发现关于对接连接的相关要求,德国规范DIN18800-1提出了上下重叠的两块尺寸、材料相同的钢板进行对接连接时,做好上层钢板焊缝坡口角度切开20°,下层钢板焊缝坡口角度切开50°的准备。而国内钢结构设计标准GB 50017-2017没有相关内容。此外,我国钢结构设计标准GB50017规定,当两块厚度相差超过4mm的钢板进行对接时,在较厚钢板的一侧或两侧处应做成坡度不大于1:2.5斜角,焊缝坡口形式应根据较薄板件要求取用。德国钢结构规范DIN 18800-1规定,当两块厚度相差超过10mm的钢板进行对接时,应保证接缝处焊趾高度差不大于10mm,在较厚钢板截面的一侧或两侧处做成坡度为不大于1:1的斜角,其余与中国规范要求相同。目前,我国已有关于钢板对接焊缝的相关试验和有限元分析的研究,但针对双层钢板对接焊缝、不同厚度钢板对接焊缝研究较少。为了深入研究双层钢板、不同厚度钢板对接焊缝的残余应力场,本文设计了3组双层钢板对接焊缝试件,并对残余应力场进行了测试,并使用有限元软件进行了仿真模拟。主要研究内容包括:(1)本文按照德国规范要求设计了3组Q345双层钢板对接焊缝试件,通过盲孔试验法得到了各组试件的残余应力分布情况。每组的三个相同试件表现出相似的应力结果,验证了盲孔试验法的准确性。通过模拟移动热源,得到双层钢板模型的温度场,保证了焊接的仿真过程与真实焊接过程相同,得出了较小焊缝坡口角度可以减少热输入量。(2)本文使用有限元软件,按照德国规范要求建立了各种钢板厚度的Q345双层钢板对接焊缝模型,得到了其在不同焊缝坡口角度下残余应力分布情况,发现双层钢板横向残余应力分布存在不对称,随焊缝坡口角度增大,横向残余应力峰值增加,不对称分布加剧。并按照中国规范要求建立了相同厚度的单层钢板对接焊缝,对比分析单层钢板和双层钢板的残余应力场、温度场,得出双层钢板的横向应力峰值低于单层钢板的。(3)本文使用有限元软件,按照德国规范要求建立了各种钢板厚度的Q345双层钢板对接焊缝力学模型,对存在残余应力场的双层钢板模型进行了单向静态拉伸,得到了其在不同焊缝坡口角度下的荷载位移曲线。得出了双层钢板的焊缝坡口角度的大小对承载力无直接影响。(4)本文按照德国规范要求设计了不同厚度Q345钢板一侧对齐对接焊缝模型,研究其在不同较薄钢板厚度、过渡坡度、接缝处焊趾高度差的残余应力分布,并与按照中国规范要求设计不同厚度一侧对齐对接焊缝模型的残余应力场进行对比,得出随着过渡坡度减小或焊趾高度差减小,构件在较厚钢板焊趾处的横向残余应力明显下降。(5)本文建立不同厚度钢板一侧对齐对接焊缝模型,分析钢板厚度、过渡斜角坡度、接缝处焊趾高度差和接缝处圆弧半径对焊缝处应力集中系数的影响。结果表明,应力集中发生在两块钢板中较薄钢板的焊趾处,且受较薄钢板厚度影响较大;当超过中国规范规定的过渡斜角坡度值1:2.5时,应力集中系数显著增加;当增大德国规范规定的接缝处焊趾高度差,应力集中系数明显增大;合理增加接缝处圆弧半径,能明显缓解焊缝处应力集中现象。
【图文】：

示意图,示意图,焊接装配,翘曲变形

在焊接加热后的急速冷却过程，构件内将产生金属硬化应力和焊接翘曲变形等缺陷，会在一定程度上影响结构的焊接装配的精确性。的连接形式[5][6][7]直于轴心拉力或轴心压力的对接焊缝的承载力强度计算公式；

示意图,对接焊缝,单层,钢板

广州大学硕士学位论文截面（SHS 和 RHS）管状 X 形接头的应力集中系数（SCFs）的进行了实验和数研究。在静态载荷下，通过使用条带应变仪测量典型热点位置处的应变来确定与 CIDECT 中给出的碳钢管 X 形接头的设计公式计算的 SCF 进行比较。比较结CIDECT 中规定的 SCF 的设计规则对于冷成型不锈钢管状 X 形接头不太适用，有CIDECT中SCF的设计规则提出了冷成型不锈钢管X型接头SCF的设计方程，，方程更为准确地描述冷成型不锈钢管 X 型接头的热点应力。内外关于钢结构规范对接焊缝连接构造的区别国《气焊、焊条电弧焊、气体保护焊和高能束焊的推荐坡口》[74-75]规范建议单层中一种焊缝 V 型坡口形式具体如图 1-2 如下，为 V 型坡口角度，b
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU391

【参考文献】