钢箱梁制造焊接过程温度场及应力场的数值分析

发布时间：2017-07-19 14:10

  本文关键词：钢箱梁制造焊接过程温度场及应力场的数值分析

  更多相关文章： 钢箱梁 焊接 数值模拟 残余应力

【摘要】：随着我国机械焊接加工技术的不断发展和成熟,钢箱梁的焊接加工技术和制造工艺也随之得到了迅速的发展。钢箱梁具有自重轻、承载大、施工和制造方便、整体性好等优点,广泛运用在城市土木工程道路桥梁中的各种立交桥以及高架桥中。焊接接头作为焊接构件的重要组成部分,对焊接构件的性能有较大的影响,其主要原因在于焊接之后容易在构件中形成焊接残余应力。焊接残余应力和残余变形在一定环境下将严重地影响到焊件的疲劳强度、抗腐蚀能力和抗高温蠕变能力。焊接残余应力和残余变形的问题十分复杂,很难仅通过理论上的分析来进行处理。因此在实际工程当中通常都是采用将理论分析和数值分析相结合,并与实验数据进行对比来预测焊接残余应力与残余变形的变化规律。本文以成都市二环路改造工程的钢箱梁制造为研究背景,通过有限元方法对钢箱梁的焊接过程进行数值模拟,分析钢箱梁在焊接制造过程中产生的焊接残余应力及残余变形,并探讨其影响因素,为钢箱梁的制造提供参考和借鉴。本文研究内容如下：1.探讨了焊接残余应力产生的原因和影响因素,以及论述了焊接残余应力对焊接结构的影响。2.探讨了焊接数值模拟分析的理论基础,并结合ANSYS软件对焊接数值模拟过程的模型的建立、边界条件的设置、热源的选择、材料非线性问题以及加载求解等问题的处理进行了详细的分析。3.利用ANSYS有限元分析软件实现了成都市二环路改造工程中钢箱梁中第七种焊接构造在两种热源模型下的数值模拟过程,通过与其它相关文献结果比较,认为该焊接过程温度场和应力场数值模拟结果是正确的。4.利用成都市二环路钢箱梁焊接构造数值模拟实例,研究了板厚、高斯热源有效加热半径、焊缝开合角以及焊缝熔透率这四个参数对焊接数值模拟计算结果的影响。其中在板厚、焊缝开合角和焊缝熔透率这三个影响参数下,板件的最大温度值都随着参数的增加而增加,符合焊接的物理规律,只是各参数的变化幅度稍有差别；在高斯热源半径参数的影响下,板件的最大温度先增大后减小最后趋于水平。
【关键词】：钢箱梁 焊接 数值模拟 残余应力
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U445.472
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-16
• 1.1 引言11-12
• 1.2 国内外研究现状12-13
• 1.3 研究背景及意义13-14
• 1.4 焊接残余应力数值模拟研究概况14-15
• 1.5 本文研究的内容15-16
• 第2章 焊接残余应力的形成及影响因素16-22
• 2.1 焊接残余应力的定义16-17
• 2.2 焊接残余应力产生的原因17-18
• 2.3 焊接残余应力的影响因素18-19
• 2.4 焊接残余应力对焊接结构的影响19-22
• 第3章 焊接残余应力的数值分析的方法22-30
• 3.1 数值分析法简介22-23
• 3.2 焊接残余应力数值分析法23-28
• 3.2.1 有限元基本方程23-26
• 3.2.2 非线性方程组解法26
• 3.2.3 热源模型的选取26-27
• 3.2.4 网格划分和时间步长27-28
• 3.2.5 熔化和固态相变潜热28
• 3.3 焊接数值分析法的特点28-30
• 第4章 基于ANSYS软件的焊接过程数值模拟30-38
• 4.1 概述30-31
• 4.2 焊接温度场的ANSYS模拟31-35
• 4.2.1 前处理31-33
• 4.2.2 加载及求解33-35
• 4.2.3 后处理35
• 4.3 焊接应力场的ANSYS模拟35-38
• 4.3.1 应力场前处理35-36
• 4.3.2 加载和定义边界36-37
• 4.3.3 后处理37-38
• 第5章 钢箱梁焊接数值分析38-85
• 5.1 工程背景38-43
• 5.1.1 项目简介38-39
• 5.1.2 钢箱梁焊接构造39-41
• 5.1.3 焊接构件模拟实例41-43
• 5.2 钢箱梁焊接温度场的计算和结果分析43-69
• 5.2.1 前处理43-45
• 5.2.2 施加荷载及边界条件45-47
• 5.2.3 结果分析47-69
• 5.3 钢箱梁焊接应力场的计算和结果分析69-85
• 5.3.1 前处理70-72
• 5.3.2 施加荷载及边界72
• 5.3.3 求解并分析结果72-85
• 第6章 焊接数值模拟参数影响讨论85-90
• 6.1 参数分析85
• 6.2 厚度参数分析85-86
• 6.3 高斯热源有效加热半径参数分析86-87
• 6.4 焊缝开合角参数分析87-88
• 6.5 焊缝熔透率参数分析88-90
• 总结和展望90-91
• 致谢91-92
• 参考文献92-94

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 侯海量,朱锡;爆炸处理消除焊接残余应力[J];船海工程;2002年05期

2 陈燕,游敏,熊建钢,余海洲;减摩法调控结构钢焊接残余应力技术研究[J];三峡大学学报(自然科学版);2003年06期

3 刘波,王辉;焊接残余应力的小孔法测试[J];机械设计与制造;2004年03期

4 罗利伟;付小超;;焊接残余应力的产生及其消除方法[J];山西建筑;2008年20期

5 黄向红;;焊接残余应力对结构性能的影响[J];现代机械;2011年01期

6 苗莉莉;;焊接残余应力的形成和对策[J];机械管理开发;2011年02期

7 李康;;有关焊接残余应力的分析与探讨[J];科技创新与应用;2012年19期

8 张寅;唐林;;应用超载技术消除球形容器焊接残余应力的若干问题[J];冶金建筑;1979年08期

9 赵福兴 ,姚尧 ,赖英瑞;爆炸法消除焊接残余应力[J];爆炸与冲击;1986年04期

10 潘红良,李培宁,李炜;焊接残余应力测试方法的研究[J];压力容器;1991年02期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 孙先锋;何志涛;秦力;张铁华;李宇千;税昱;;焊接残余应力的控制与消除[A];2008年全国建筑钢结构行业大会论文集[C];2008年

2 黎赣;贾晓亮;周俊明;张亦良;;圆筒容器焊接残余应力消除方法的研究[A];北京力学会第19届学术年会论文集[C];2013年

3 丁克勤;臧弋心;王洪柱;王振山;;焊接残余应力水平和消应力处理效果判别标准探讨[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

4 杨振超;鲍蕊;;焊接残余应力分布随试样尺寸变化规律研究[A];北京力学会第20届学术年会论文集[C];2014年

5 谭胜禹;刘贵清;;爆炸消除焊接残余应力在大型工程建设项目上的应用[A];中国爆破新技术Ⅱ[C];2008年

6 田旺生;李黎霞;杨明旺;;钢结构焊接残余应力有限元分析[A];'2009全国钢结构学术年会论文集[C];2009年

7 孙英学;;焊接残余应力有限元分析技术研究[A];第四届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2008年

8 刘维;丁文斌;孙昕辉;杨帆;张海;李惠;;平板对接焊接残余应力和变形数值模拟及试验验证[A];2010年度海洋工程学术会议论文集[C];2010年

9 章正茂;;焊接残余应力对构件的影响及控制措施[A];全国焊接工程创优活动经验交流会论文集[C];2011年

10 陈祖福;田晓虎;;预置应力对焊接残余应力峰值的影响研究[A];第九次全国焊接会议论文集（第2册）[C];1999年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 雷正刚 李荣峰;武钢爆炸法消除焊接残余应力技术取得突破[N];世界金属导报;2002年

2 雷正刚;李荣锋;重大工程显威[N];中国冶金报;2002年

3 记者 夏纪福;超声消除应力技术通过鉴定[N];中国船舶报;2008年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 冯磊;大型旋转部件的焊接残余应力数值模拟及寿命分析研究[D];华东理工大学;2015年

2 姬书得;水轮机转轮焊接残余应力调控措施的虚拟优化[D];哈尔滨工业大学;2006年

3 袁志军;球管焊接数值模拟及焊接残余应力影响因素研究[D];南昌大学;2010年

4 李永正;同一截面焊接结构完整性理论与试验研究[D];中国舰船研究院;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张秋霞;铝合金焊接残余应力X射线衍射法检测参数优化研究[D];北华航天工业学院;2015年

2 王小伟;基于轮轨和残余应力模型的高速列车车体耐撞性仿真分析[D];北京交通大学;2016年

3 常迎磊;多层包扎容器深环焊缝焊接残余应力研究[D];中国石油大学(华东);2014年

4 林少雄;球罐焊接残余应力数值模拟研究[D];福州大学;2013年

5 刘茂坤;考虑焊接残余应力的焊接节点疲劳性能评估[D];西南交通大学;2016年

6 刘宇;焊接残余应力影响316不锈钢腐蚀的局部电化学研究[D];山东大学;2016年

7 靳凯;多阶多点激振消除圆筒容器焊接残余应力[D];山东大学;2016年

8 朱晨星;核反应堆压力容器J型坡口焊接残余应力分布规律研究[D];华南理工大学;2016年

9 张沛心;典型焊接接头疲劳裂纹扩展中焊接残余应力及其重分布研究[D];江苏科技大学;2016年

10 李小飞;基于虚拟仪器的焊接残余应力测试系统[D];内蒙古工业大学;2016年

，

本文编号：563263