基于临界距离理论的焊接T型管节点疲劳性能的研究
发布时间：2021-11-03 07:11
管结构在海洋平台、桥梁和塔等结构中有着广泛应用。焊接管节点是结构的关键部位,也是结构的薄弱环节。焊接管节点的疲劳问题一直是各国学者研究的热点,研究焊接高强管节点的疲劳性能,对结构的安全性有着十分重要的意义。在焊接管结构的疲劳分析过程中,常用的四种疲劳评估方法是名义应力法、热点应力法、缺口应力法和断裂力学法。其中,名义应力法应用最为广泛,但过于保守;热点应力法被认为是一种合适的方法并已纳入相关规范,但仍有待进一步完善;其他方法尚未成熟,还未达到规范应用的程度。本文依据已有高强钢焊接T型管节点分别在轴载和平面内弯曲作用下的疲劳性能试验数据,采用临界距离理论中的点法（PM）与线法（LM）分别对两种情况下管节点的疲劳性能进行预测。首先确定临界距离参数L的取值,再利用ANSYS软件对管节点进行有限元参数化建模分析,其中在对受轴载T型管节点建模时分不考虑焊缝与考虑焊缝两种情况分别建立模型。然后选取第一主应力最大值点沿其最大梯度方向,作为临界距离理论的聚焦路径。在对受轴载的T型管节点应力梯度提取时,通过MATLAB程序进行操作。对平面内弯曲的T型管节点应力梯度的提取,是通过将应力的数据作为温度荷载重...
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１管节点的分类??管节点强度与刚度的重要影响参数有：主管的径厚之比，支管与主管的直径比，支??
无法修补。而定义②的破坏标准，其较易检测且较准确而??被广泛采用。??焊趾或者焊根等应力集中部位的局部缺口应力情况影响疲劳裂纹的萌生，裂纹（含??缺口效应）的局部应力强度因子影响疲劳裂纹的扩展。在焊根与焊趾位置存在缺口效应??与不均匀性，焊趾或焊根位置产生的疲劳裂纹一般都会扩展到热影响区或者母材中。根??据焊接接头的类型和局部特征等不同层次的作用，焊接结构的疲劳强度形成四个不同层??次的方法＆６］，即名义应力评定方法、结构应力评定方法、缺口应力应变评定方法和断??裂力学评定方法。如图１．２所示结构疲劳强度的各种评定方法递进关系。??构件截面｜结构不「弹性缺弹塑性缺丨Ｉ短裂纹Ｉ长裂纹??什做凹：连续性：口效应?Ｐ玄亨应｜?｜織１?織石义???，?ｉ?Ｔ?，?Ｔ」」Ｔ?１?Ｉ＿＿??循环?＿名义循＿循环结＿循环缺￣循环缺＿循环？）积分」循环应力??荷载?环应力?构应力?口应力?口应变?强度因子??１?１丨?｜丨?丨丨?｜?１?１?１?１丨?丨??，＼?▼?▼?Ｔ?Ｔ?Ｔ?▼??Ｉ?ＡＦ?ＡＳ?Ｉ?Ｎ＼?Ａ?Ｊｔｒ．?｜?Ｊ＜ｒ．?＾?Ｊｅ．?Ｉ?Ａａ?｜?ｄａ＾ｄＮ??＼?ｍ?ｖ?Ｋ?Ｋ?Ｖ???Ｉ????Ｎ?Ｎ?Ｎ?Ｎ?Ｎ?ａ?ＡＫ??图１．２疲劳强度的评定方法??名义应力评定方法：名义应力是在构件的截面上计算出平均应力，公式为：??ａ＝已?（１．５）??Ａ?Ｗ??其中Ｐ、Ｍ是截面的轴向荷载与弯矩，Ｘ是截面面积，是弯曲截面系数。??６??
硕上学位论文??＿?＼?７缺口应力的非线性增大??ｉ?ＩＶ：??Ｗｙ?／结构应力的线性增大??最－議?＾＾?＇??构应力ｉ??，Ｕ?－??图１．３焊趾处的结构应力最大值及缺口应力非线性增大的消除??相关规范标准建议采用热点应力评定焊接结构的疲劳强度时，有用热点处最大主应??力（其作用方向通常与焊趾正向夹角应在±４５°之内）当作疲劳应力参数，而有的标准则??推荐用垂直焊趾缺口的热点正应力当作疲劳应力参数。??缺口应力应变评定方法：若焊接结构中的焊缝形状引起尖锐缺口，将会导致强烈的??应力集中，即焊接头缺口效应，缺口应力是焊接应力集中区域的应力峰值。如图１．４所??示为在焊趾缺口部位，缺口应力外分为膜应力＾、弯曲应力％和非线性应力峰值％。??缺口应力法在评定焊趾与焊根的应力集中对结构疲劳的影响时，当评估焊趾、焊根??的缺口效应时，需将焊趾、焊根的几何形状实行模型化处理，便于使用有限元进行相关??的分析。??缺口应力法评定焊接接头的疲劳强度，以计算焊趾或焊根及微观因素的最大缺口应??力来作为疲劳参数。焊趾及焊根的缺口效应反映是通过引人虚拟的缺口曲率半径实现。??虚拟缺口曲率半径Ｐｆ的定乂?：??ｐｆ＝ｐ?＋?ｓｐ＊?（１．７）??式中，为实际缺口曲率半径；ｓ为约束系数；ｐ＊为材料微观结构尺度。为简化计算，??有结果表明建议虚拟缺口曲率半径ｐｆ可以取值１＿。通过令式（Ｕ）中的ｒ＝ｐｆ，可得??疲劳缺口敏感系数＋根据实验或者数值计算得到的应力集中系数，代入式（１．２）可得??疲劳缺口系数尺ｆ。最大疲劳缺口应力、有效缺口应力范围表示为，??＾?＝Ｋ＾ｎ?（１－８）??Ａｃｔ?＝?ＡｒｆＡｃｒｎ?（１．９）??８
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TCD的锚拉板疲劳性能分析与试验研究[J]. 王会利,张岩,秦泗凤. 大连理工大学学报. 2018(06)
[2]支管在轴向荷载作用下Q460C高强钢T型圆管节点疲劳性能试验研究[J]. 程睿,陈阳,崔佳,黄宗明,姚纪. 土木工程学报. 2017(04)
[3]基于不同临界法预测曲轴疲劳极限载荷[J]. 孙嵩松,俞小莉,陈晓平,李建锋. 内燃机工程. 2016(06)
[4]基于TCD理论的缺口试样疲劳强度尺寸系数计算[J]. 孙迪,胡振东. 力学季刊. 2015(02)
[5]基于临界距离理论的TC4合金缺口试样低循环疲劳寿命预测[J]. 辛朋朋,胡绪腾,宋迎东. 航空动力学报. 2012(05)
[6]平面KT型圆钢管搭接节点静力性能的试验研究[J]. 赵宪忠,陈誉,陈以一,徐祥斌,许立新. 工业建筑. 2010(04)
[7]钢管结构相贯节点的研究现状[J]. 陈以一,陈扬骥. 建筑结构. 2002(07)
[8]圆钢管相贯节点抗弯刚度和承载力实验[J]. 陈以一,王伟,赵宪忠,蒋晓莹,白翔,赵昭仪. 建筑结构学报. 2001(06)
[9]上海市八万人体育场屋盖的整体模型和节点试验研究[J]. 沈祖炎,陈扬骥,陈以一,赵宪忠,姚念亮,林颖儒. 建筑结构学报. 1998(01)
[10]钢管壁厚对管节点疲劳性能的影响[J]. 张永涛,郭淑师. 青岛建筑工程学院学报. 1997(03)
博士论文
[1]微观机制断裂理论在高强钢材料及钢结构断裂预测分析中的应用研究[D]. 李文超.长安大学 2017
[2]平面K型圆钢管搭接节点静力性能研究[D]. 陈誉.同济大学 2006
硕士论文
[1]平面内弯矩作用下Q460C高强钢T型圆管节点疲劳性能研究[D]. 杨洲.重庆大学 2017
[2]空间管节点承载力的非线性分析与试验研究[D]. 祝磊.清华大学 2004
本文编号：3473269
【文章来源】：长沙理工大学湖南省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１管节点的分类??管节点强度与刚度的重要影响参数有：主管的径厚之比，支管与主管的直径比，支??
无法修补。而定义②的破坏标准，其较易检测且较准确而??被广泛采用。??焊趾或者焊根等应力集中部位的局部缺口应力情况影响疲劳裂纹的萌生，裂纹（含??缺口效应）的局部应力强度因子影响疲劳裂纹的扩展。在焊根与焊趾位置存在缺口效应??与不均匀性，焊趾或焊根位置产生的疲劳裂纹一般都会扩展到热影响区或者母材中。根??据焊接接头的类型和局部特征等不同层次的作用，焊接结构的疲劳强度形成四个不同层??次的方法＆６］，即名义应力评定方法、结构应力评定方法、缺口应力应变评定方法和断??裂力学评定方法。如图１．２所示结构疲劳强度的各种评定方法递进关系。??构件截面｜结构不「弹性缺弹塑性缺丨Ｉ短裂纹Ｉ长裂纹??什做凹：连续性：口效应?Ｐ玄亨应｜?｜織１?織石义???，?ｉ?Ｔ?，?Ｔ」」Ｔ?１?Ｉ＿＿??循环?＿名义循＿循环结＿循环缺￣循环缺＿循环？）积分」循环应力??荷载?环应力?构应力?口应力?口应变?强度因子??１?１丨?｜丨?丨丨?｜?１?１?１?１丨?丨??，＼?▼?▼?Ｔ?Ｔ?Ｔ?▼??Ｉ?ＡＦ?ＡＳ?Ｉ?Ｎ＼?Ａ?Ｊｔｒ．?｜?Ｊ＜ｒ．?＾?Ｊｅ．?Ｉ?Ａａ?｜?ｄａ＾ｄＮ??＼?ｍ?ｖ?Ｋ?Ｋ?Ｖ???Ｉ????Ｎ?Ｎ?Ｎ?Ｎ?Ｎ?ａ?ＡＫ??图１．２疲劳强度的评定方法??名义应力评定方法：名义应力是在构件的截面上计算出平均应力，公式为：??ａ＝已?（１．５）??Ａ?Ｗ??其中Ｐ、Ｍ是截面的轴向荷载与弯矩，Ｘ是截面面积，是弯曲截面系数。??６??
硕上学位论文??＿?＼?７缺口应力的非线性增大??ｉ?ＩＶ：??Ｗｙ?／结构应力的线性增大??最－議?＾＾?＇??构应力ｉ??，Ｕ?－??图１．３焊趾处的结构应力最大值及缺口应力非线性增大的消除??相关规范标准建议采用热点应力评定焊接结构的疲劳强度时，有用热点处最大主应??力（其作用方向通常与焊趾正向夹角应在±４５°之内）当作疲劳应力参数，而有的标准则??推荐用垂直焊趾缺口的热点正应力当作疲劳应力参数。??缺口应力应变评定方法：若焊接结构中的焊缝形状引起尖锐缺口，将会导致强烈的??应力集中，即焊接头缺口效应，缺口应力是焊接应力集中区域的应力峰值。如图１．４所??示为在焊趾缺口部位，缺口应力外分为膜应力＾、弯曲应力％和非线性应力峰值％。??缺口应力法在评定焊趾与焊根的应力集中对结构疲劳的影响时，当评估焊趾、焊根??的缺口效应时，需将焊趾、焊根的几何形状实行模型化处理，便于使用有限元进行相关??的分析。??缺口应力法评定焊接接头的疲劳强度，以计算焊趾或焊根及微观因素的最大缺口应??力来作为疲劳参数。焊趾及焊根的缺口效应反映是通过引人虚拟的缺口曲率半径实现。??虚拟缺口曲率半径Ｐｆ的定乂?：??ｐｆ＝ｐ?＋?ｓｐ＊?（１．７）??式中，为实际缺口曲率半径；ｓ为约束系数；ｐ＊为材料微观结构尺度。为简化计算，??有结果表明建议虚拟缺口曲率半径ｐｆ可以取值１＿。通过令式（Ｕ）中的ｒ＝ｐｆ，可得??疲劳缺口敏感系数＋根据实验或者数值计算得到的应力集中系数，代入式（１．２）可得??疲劳缺口系数尺ｆ。最大疲劳缺口应力、有效缺口应力范围表示为，??＾?＝Ｋ＾ｎ?（１－８）??Ａｃｔ?＝?ＡｒｆＡｃｒｎ?（１．９）??８
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于TCD的锚拉板疲劳性能分析与试验研究[J]. 王会利,张岩,秦泗凤. 大连理工大学学报. 2018(06)
[2]支管在轴向荷载作用下Q460C高强钢T型圆管节点疲劳性能试验研究[J]. 程睿,陈阳,崔佳,黄宗明,姚纪. 土木工程学报. 2017(04)
[3]基于不同临界法预测曲轴疲劳极限载荷[J]. 孙嵩松,俞小莉,陈晓平,李建锋. 内燃机工程. 2016(06)
[4]基于TCD理论的缺口试样疲劳强度尺寸系数计算[J]. 孙迪,胡振东. 力学季刊. 2015(02)
[5]基于临界距离理论的TC4合金缺口试样低循环疲劳寿命预测[J]. 辛朋朋,胡绪腾,宋迎东. 航空动力学报. 2012(05)
[6]平面KT型圆钢管搭接节点静力性能的试验研究[J]. 赵宪忠,陈誉,陈以一,徐祥斌,许立新. 工业建筑. 2010(04)
[7]钢管结构相贯节点的研究现状[J]. 陈以一,陈扬骥. 建筑结构. 2002(07)
[8]圆钢管相贯节点抗弯刚度和承载力实验[J]. 陈以一,王伟,赵宪忠,蒋晓莹,白翔,赵昭仪. 建筑结构学报. 2001(06)
[9]上海市八万人体育场屋盖的整体模型和节点试验研究[J]. 沈祖炎,陈扬骥,陈以一,赵宪忠,姚念亮,林颖儒. 建筑结构学报. 1998(01)
[10]钢管壁厚对管节点疲劳性能的影响[J]. 张永涛,郭淑师. 青岛建筑工程学院学报. 1997(03)
博士论文
[1]微观机制断裂理论在高强钢材料及钢结构断裂预测分析中的应用研究[D]. 李文超.长安大学 2017
[2]平面K型圆钢管搭接节点静力性能研究[D]. 陈誉.同济大学 2006
硕士论文
[1]平面内弯矩作用下Q460C高强钢T型圆管节点疲劳性能研究[D]. 杨洲.重庆大学 2017
[2]空间管节点承载力的非线性分析与试验研究[D]. 祝磊.清华大学 2004
本文编号：3473269
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