U肋焊接残余应力数值模拟及疲劳分析

发布时间：2020-04-24 15:16

【摘要】：目前桥面板加劲肋的形式极具多样性,以U肋板形式为主的正交异性板在桥梁工程设计中广泛应用。桥面板与U肋板主要的连接方式为焊接,在焊接热源高温的影响下,结构会产生显著的塑性变形,等到焊接冷却之后,由于塑性变形造成结构无法完全恢复原状,进而产生了残余应力,其对结构的强度、稳定性、疲劳等方面都会造成很多不利的影响。当焊接残余应力与桥面板上所承受的车辆荷载共同作用时,对结构整体安全的影响则更为显著。为了从结构设计方面尽量减小焊接引起的残余应力,本文以星海湾跨海大桥为工程背景,以桥面板U肋为研究对象,在ABAQUS有限元软件中建立桥面板U肋局部模型,分析顶板与U肋板焊接残余应力的分布规律,并结合Fe-safe软件,研究在焊接残余应力影响下桥面板U肋疲劳寿命的变化趋势。具体有以下几方面工作:(1)总结桥面板U肋焊接残余应力与疲劳寿命有限元分析的基本理论,介绍国内外相关的研究历程及其取得的成果。(2)收集不同温度下材料的热力学特性,以Dflux子程序的形式进行双椭球热源加载,通过数值分析,研究桥面板U肋在焊接模拟之后的温度场分布形式与应力场分布形式;从沿焊缝、板厚、垂直于焊缝这三个方向分别阐述结构焊接残余应力的分布规律。(3)将通过本文的分析方法得到的焊接残余应力计算结果与前人试验数据结果作相关对比分析,证明本文模拟方法的有效性;之后分析顶板与U肋板在不同顶板板厚与不同焊接坡口角度的影响下残余应力的变化。(4)在桥面板U肋焊接残余应力的作用下,计算并比较桥面板U肋在存在残余应力与忽略残余应力这两种情况下疲劳寿命的变化;通过改变顶板板厚与焊接坡口角度两种几何参数,研究在两者的影响下结构疲劳寿命与安全系数的变化趋势。本文系统的展示了桥面板U肋焊接残余应力与疲劳寿命数值分析的整个流程,通过对桥面板U肋焊接残余应力及疲劳问题的计算研究,得出:顶板与U肋板在靠近焊缝处都出现最大残余拉应力;随着顶板板厚增大,顶板与U肋板的残余拉应力峰值增大;而随着坡口角度增大,顶板与U肋板的残余拉应力峰值则减小。此外,残余应力的存在降低了桥面板U肋的疲劳寿命,当顶板板厚不断增大,且焊接坡口角度在45°到55°之间时,桥面板U肋的疲劳性能最佳,这为今后桥面板U肋的设计提供了一定参考。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG404

【参考文献】

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本文编号：2639100