厚鋼板對接焊接三維有限元數(shù)值模擬與分析

《厚鋼板對接焊接三維有限元數(shù)值模擬與分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、第３１卷第１期建筑科學(xué)與工程學(xué)報Ｖｏｌ．３１Ｎｏ．１２０１４年３月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭａｒ．２０１４文章編號：１６７３２０４９（２０１４）０１００９００８厚鋼板對接焊接三維有限元數(shù)值模擬與分析郭彥林，陳航，袁星（清華大學(xué)土木工程系，北京１０００８４）摘要：采用有限元數(shù)值模擬方法，建立考慮熱固耦合效應(yīng)的鋼板對接焊接的三維有限元模型，運用生死單元技術(shù)模擬焊接全過程，從焊接殘余變形和殘余應(yīng)力的角度，驗證了分析模型的有效性，并分析了板件邊界約束、焊接層數(shù)與道數(shù)、板件厚度、焊接順序以及施工工藝

2、對計算結(jié)果的影響。探討了簡化計算的可能性與正確性，并考慮了保溫和設(shè)置支撐等施工工藝對焊接施工的影響。研究成果可為設(shè)計與施工提供一定的參考。關(guān)鍵詞：厚鋼板；對接焊接；熱結(jié)構(gòu)耦合；殘余應(yīng)力；殘余變形；有限元；數(shù)值模擬中圖分類號：ＴＵ７５８文獻標志碼：Ａ３犇犉犻狀犻狋犲犈犾犲犿犲狀狋犖狌犿犲狉犻犮犪犾犛犻犿狌犾犪狋犻狅狀犪狀犱犃狀犪犾狔狊犻狊狅狀犅狌狋狋犠犲犾犱犻狀犵狅犳犜犺犻犮犽犛狋犲犲犾犘犾犪狋犲ＧＵＯＹａｎｌｉｎ，ＣＨＥＮＨａｎｇ，ＹＵＡＮＸｉｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂ

3、ｅｉｊｉｎｇ１０００８４，Ｃｈｉｎａ）犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗａｓａｄｏｐｔｅｄｔｏｅｒｅｃｔ３Ｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｈｅａｔｓｏｌｉｄｃｏｕｐｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｌｉｖｅｄｅａｄｅｌｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｗｈｏｌｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｗａｓｖｅｒｉｆｉｅｄｉｎｔｈｅａｓｐｅｃｔｓｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｄｅｆｏｒｍ

4、ａｔｉｏｎａｎｄｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｐｌａｔｅｂｏｕｎｄａｒｙｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ，ｗｅｌｄｉｎｇｌａｙｅｒａｎｄｐａｓｓ，ｐｌａｔｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｗｅｌｄｉｎｇｓｅｑｕｅｎｃｅａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｎｔｈｅｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｓｏｎｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｐｏｓｓｉｂｉｌｉｔｙａｎｄｃｏｒｒｅｃｔｎｅｓｓｏｆｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｃｏｎｓｔｒ

5、ｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｓｕｃｈａｓｈｅａｔｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎａｎｄｓｕｐｐｏｒｔｓｅｔｔｉｎｇｏｎｗｅｌｄｉｎｇｗｅｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｓｏｍｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｔｏｗｅｌｄｉｎｇｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．犓犲狔狑狅狉犱狊：ｔｈｉｃｋｓｔｅｅｌｐｌａｔｅ；ｂｕｔｔｗｅｌｄｉｎｇ；ｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｏｕｐｌｉｎｇ；ｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ；ｒｅｓｉｄｕａｌｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏ

6、ｎ焊接過程的物理現(xiàn)象非常復(fù)雜，是一個涉及高０引言［１］溫電弧物理、傳熱、冶金和力學(xué)的復(fù)雜過程。焊接目前，隨著高層結(jié)構(gòu)的發(fā)展，鋼板剪力墻、巨形產(chǎn)生的殘余應(yīng)力與殘余變形之間存在相互的協(xié)調(diào)，鋼結(jié)構(gòu)柱和復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點的使用越來越多。在鋼如殘余變形得到了釋放，則殘余應(yīng)力變?。环粗?，殘結(jié)構(gòu)施工過程中，焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和殘余變形余變形被約束，殘余應(yīng)力就變大。目前獲取焊接殘如果得不到有效的控制，會對結(jié)構(gòu)的受力和外觀產(chǎn)余應(yīng)力和殘余變形的方法主要有試驗測量法和數(shù)值生很大的影響。模擬法。對于殘余變形的測量比較方便，而測量殘收稿日期：２０１３１１１６基金項目：清華大學(xué)自

7、主科研計劃杰出貢獻專項項目（２０１２Ｚ１０１３４）作者簡介：郭彥林（１９５８），男，陜西富平人，教授，博士研究生導(dǎo)師，工學(xué)博士，Ｅｍａｉｌ：ｇｙｌ＠ｍａｉｌ．ｔｓｉｎｇｈｕａ．ｅｄｕ．ｃｎ。２建筑科學(xué)與工程學(xué)報２０１４年余應(yīng)力主要有應(yīng)力松弛法（包括鉆孔法、切條法等）、Ｔ（犜－犜）δ（３）ε犻犼＝α犻犼ｒ犻犼Ｘ射線法和裂紋法等。然而這些方法僅停留在實驗烄１犻＝犼δ犻犼＝烅（４）室階段，用于小尺寸構(gòu)件的科學(xué)研究，無法適用于大烆０犻≠犼［２］型復(fù)雜構(gòu)件焊接殘余應(yīng)力的測量，因此對于鋼結(jié)式中：α為材料熱膨脹系數(shù)；犜為溫度；犜為參考溫犻犼ｒ構(gòu)焊接殘余應(yīng)力和殘余

8、變形的研究多采用有限元數(shù)度；δ為δ算子。犻犼值模擬方法。在通用有限元軟件ＡＮＳＹＳ中，有２種考