搅拌摩擦焊接残余应力及残余变形数值分析

建立了搅拌摩擦焊接顺序热力耦合有限元模型,用移动热源模拟搅拌头的作用,对搅拌摩擦焊接进行数值模拟.瞬态温度场及残余应力场与试验结果吻合良好,从而验证了该模型的正确性.本文研究了焊接过程中应力变化过程,指出应力场的不均匀分布引起板的弯曲变形.建立了不同尺寸有限元模型,研究板的尺寸对残余变形的影响.板的宽度对纵向残余变形曲率影响较大,长度对变形曲率影响较小.当焊接长度足够长,模型宽度相同时,不同模型远离端部区域纵向弯曲曲率相同.板的横向残余变形主要由焊缝区域变形引起,远离焊缝区域几乎没有弯曲变形发生,且板的尺寸对变形曲率影响很小.     

焊接扭转变形分析方法研究

大型薄壁梁在焊接拼装过程中常常会出现扭转变形。本文采用二种不同的数值方法对焊接扭转变形的动态过程进行了分析，比较全面系统地论述了研究的方法，阐述了扭转变形的形成机制，它们无论对理论研究还是对工程中的实际应用均有重要意义     

成品油管道顺序输送二维模型优化求解

将一种简化的自适应网格应用于顺序输送二维混油模型的计算中,网格的疏密程度由速度和浓度梯度控制且用动网格取代传统的固定网格。混油模型中采用混掺长度理论计算速度场和扩散系数,并考虑了油品黏度变化对混油的影响。提高传统数值解法的精度,减少计算量,使之适应于长输管线顺序输送的混油数值计算。通过在计算机上的数值模拟实验,证明了该方法的有效性,分析了雷诺数、输送顺序对混油的影响并得到混油随输送距离的变化规律。     

焊接热影响区断裂性能试验研究

钢框架梁柱节点在最近几次地震中经历了大量断裂破坏现象。可以采用杆端非线性弹簧模型对这种破坏模式进行数值模拟。为了确定断裂分析模型的参数，本文进行了结构钢（Q235c,Q345c)焊接热影响区断裂性能试验研究，获得了两种材料在焊接热影响区的JR阻力曲线。通过比较不同的断裂准则，考虑了裂纹失稳扩展前的稳态裂纹累计，根据J积分撕裂模量法建立了裂纹失稳的失效评定图。采用两种材料分别制作了一组外形尺寸一致，初始裂纹尺寸不同的单边裂纹焊接板，测出相应的极限拉伸应力，并和理论曲线进行了对比。最后，对于本文研究结果的适用范围做了说明。     

爆炸法消除焊接接头残余应力的数值模拟

利用非线性动力有限元法对爆炸处理消除焊接接头残余应力的全过程进行了数值模拟。首先，采用温度场与位移场的间接耦合方法计算了钢板对接焊的焊后冷却及残余应力的生成过程，求得焊接接头处由高温冷却到室温由于变形受到阻碍而产生的不均匀的残余塑性变形和应力。然后，在焊缝区引入移动的爆炸载荷，计算了爆炸波作用下该钢板焊接接头附近应力的变化。计算结果表明，爆炸处理可引起板内应力的重新分布，从而有效地释放超过塑性极限的残余应力。利用炸药爆炸消除大型焊接结构残余应力是一种经济有效的方法，本文的数值模拟为研究炸药爆炸消除焊接结构残余应力的机理提供了有力的工具。     

无网格MPM法三维爆炸焊接数值模拟

物质点法MPM(Material Point Method)是无网格方法之一.它是在质点网格法(PIC)基础上发展而来的一种新数值方法,它利用了欧拉法和拉格朗日法两者的优点,计算物质点在冲击载荷下的应力和应交;通过物质点来跟踪材料体的变形和破损,而在整个计算过程中背景网格始终固定不变,避免了重新划分网格.本文应用MPM法计算三维爆炸焊接问题,在爆轰载荷作用下的飞板和基板的金属动态变形过程进行了三维数值模拟,并且对飞板的碰撞点速度和爆轰压力变化进行了计算分析.     

大幅板爆炸焊接界面质量的板幅尺寸效应研究

摘要：由于爆炸焊接工艺过程的特殊性,大幅板爆炸焊接中存在的结合面焊接缺陷问题产生的原因一直未能得到明确揭示,本文利用非线性动力数值模拟,考察了3.5m~7.0m钛钢大幅板爆炸焊接质量问题产生的原因,发现大幅板爆炸焊接过程中复板存在褶皱变形现象,指出褶皱变形的出现与所用板幅尺寸比例密切相关,随着板幅尺寸比例的变化,褶皱变形持续时间、影响范围置以及最大褶皱深度存在规律性变化。     

车载作用下大跨度悬索桥钢箱梁受力状态的实验研究

钢箱梁结构在现代大跨度悬索桥体系中较多采用.作为最主要的组成部分之一,其在车辆荷载作用下的受力状态倍受关注.然而目前通过有限元计算还难以获得钢箱梁各细部构造的精确应力值.本文以润扬长江公路大桥南汊悬索桥为背景,介绍了该桥静动载试验中的车辆加载工况和钢箱梁测试截面应力测点的布置等.利用该桥钢箱梁实测应力结果,分析了多种车辆荷载工况下大跨度悬索桥钢箱梁的应力水平及其分布,同时进行了钢箱梁各测试截面受力状态的对比研究,在此基础上总结了大跨度悬索桥钢箱梁结构在车载作用下的受力特点.研究结论为同类钢箱梁的受力状态分析提供了参考依据.     

CTOD试验焊缝表面开缺口试样裂纹前沿平直度研究

对于裂纹尖端张开位移(CTOD)试验,焊缝试样中预制疲劳裂纹前沿平直度直接影响了试样制备的合格率,是试验的关键难题之一．试验中常对试样进行预处理以提高裂纹前沿平直度,但由此也使试验结果与实际情况产生一定差异．本文深入研究规范BS7448: Part2中对焊缝试样取样方向的规定,对表面开缺口试样裂纹尖端焊接残余应力进行分析,运用大型有限元软件ANSYS模拟90mm厚钢板焊接过程,求解了横向残余应力沿板厚方向及焊缝方向的分布规律,研究出横向残余应力分布是影响焊缝试样预制裂纹前沿平直度的主要原因,并通过试验进行验证．试验结果表明,表面开缺口试样可不经过局部韧带压缩等预处理而得到合格的裂纹前沿平直度,试验不改变原焊缝残余应力,可测得更加接近焊缝实际情况的CTOD韧度值,给CTOD试验中合理选取焊缝试样取样方向提供了新思路．     

爆炸处理消除大型柱壳结构环焊缝残余应力实验研究

为探讨大型耐压柱壳结构对接环焊缝焊接残余应力消除方法,根据耐压柱壳结构环焊缝焊接工艺,设计并制作了大型耐压柱壳结构对接环焊缝模拟焊接模型,并采用沿焊缝条状布药,分别进行了单、双面布药爆炸处理消除大型耐压柱壳结构对接环焊缝焊接残余应力模型实验。结果表明:大型耐压柱壳结构对接环焊缝存在较大的焊接残余应力;单、双面爆炸处理均能有效调整、消除焊接残余应力,残余应力分布明显均匀化;焊后残余应力越大,爆炸处理效果越明显,当焊接残余应力大于0.5s时,单面爆炸处理后残余应力m下降幅度在40%以上,双面爆炸处理后残余应力m下降幅度在60%以上;采用沿焊缝条状布药,爆炸处理能有效消除沿焊缝的纵向残余应力;双面爆炸处理效果优于单面爆炸处理效果。     

钢桁腹式混凝土组合箱梁的扭转效应分析

结合钢桁腹式混凝土组合箱梁的结构特点,基于薄壁箱梁扭转理论,推导出组合箱梁闭口断面的混凝土顶底板和换算钢腹板的扭转翘曲应力表达式,进而推导出组合箱梁约束扭转控制微分方程;利用初参数法求解微分方程,并分析出翘曲双力矩以及扭转翘曲正应力随梁跨的变化规律.通过有限元模拟分析,将有限元值和理论值进行比较,结果吻合良好.研究表明...     

钢桁腹-混凝土组合箱梁畸变效应研究

为研究梯形截面的钢桁腹-混凝土组合箱梁的畸变效应,在薄壁箱梁理论的基础上,考虑钢桁腹杆的力学特性,应用改进的板元分析法建立畸变控制微分方程,并给出畸变解析解。通过ANSYS建立实体模型验证所推公式的正确性。结合数值算例,对比分析在均布畸变荷载作用下相同截面参数的钢桁腹-混凝土组合箱梁和传统混凝土箱梁的畸变翘曲正应力,并分析梁宽和钢腹杆俯角对组合箱梁畸变内力的影响。结果表明,相同截面参数下,由于组合箱梁钢桁腹杆的纵向刚度很小,其畸变翘曲正应力为混凝土箱梁的1.71倍;梁宽对畸变内力影响较大,当梁宽增加至4.5 m时,畸变双力矩和畸变矩分别增大至3.68倍和1.36倍,且前者在纵向上双峰的分布趋势逐渐平缓;腹杆俯角对畸变双力矩影响较大,当腹杆俯角增加至27°时,畸变双力矩减小了约14.3%,但其对畸变矩影响很小。     

波形钢腹板组合箱梁约束扭转分析

波形钢腹板箱梁相比于传统混凝土箱梁其扭转效应更为明显,为了更加合理地分析其约束扭转效应,在乌曼斯基第二理论的基础上考虑波形钢腹板的手风琴效应及顶底板对腹板的约束作用,通过截面等效的途径,推导了约束扭转正应力和二次剪应力的计算公式,数值算例和ANSYS有限元分析验证了所推导公式的正确性。引入正应力系数反映约束扭转正应力与弯曲正应力的占比关系,引入剪应力系数反映二次剪应力对扭转总剪应力的影响程度。结合数值算例,详细分析了悬臂板宽度和波形钢腹板厚度变化对应力系数的影响规律。研究结果表明,偏心集中荷载作用下,扭转翘曲正应力可达到弯曲正应力的45%,波形钢腹板上下两端区域内的约束扭转正应力可达到弯曲正应力水平,二次剪应力可达到扭转总剪应力的52%,减小悬臂板宽度和增大波形钢腹板厚度可显著降低二次剪应力。     

基于实测数据的扁平钢箱温度梯度疲劳应力谱分析方法

为研究扁平钢箱梁温度疲劳应力谱,以南溪长江大桥悬索桥主梁为研究对象,基于温度传感器长期实测数据,筛选实测数据的日温度极值,运用广义极值模型描述季节极值概率分布并采用极值外推方法得到设计基准期极值模型。引入拉丁超立方抽样(LHS)法对极值模型进行抽样,得到日温度极值样本。结合日温度极值样本和正弦函数模型,构建服役期内关注点的温度时程曲线。基于有限元ANSYS软件平台,分析不同温度梯度下关注点的应力效应,回归温度梯度与疲劳应力的线性关系式,依据温度梯度时程曲线与线性关系式模型,采用雨流计数法得到钢箱梁温度梯度疲劳应力谱。研究表明,模拟抽样生成的温度样本数据符合温度场的季节变化特征,样本概率模型与实测数据概率模型相对吻合。关注点温度梯度疲劳应力谱能够为扁平钢箱梁疲劳寿命设计提供参考。     

剪力滞效应对箱形梁挠度影响的研究

从剪力滞翘曲应力的轴向平衡条件出发,选取双室箱梁的合理翘曲位移函数,引入相应于剪力滞翘曲变形的惯性矩和惯性积等几何特性,用能量变分法建立薄壁箱梁剪力滞效应分析的控制微分方程。通过求解控制微分方程,导出集中荷载和均布荷载作用下简支箱梁和悬臂箱梁的挠度公式及有限梁段单元刚度矩阵,模型试验和ANSYS壳单元计算结果证实了其正确性。结合简支、悬臂和连续箱梁数值算例,具体分析剪力滞效应对箱梁挠度的提高程度。结果表明,无论在集中荷载还是均布荷载作用下,剪力滞效应对简支箱梁的挠度均有显著提高。在集中荷载作用下,剪力滞效应对连续箱梁挠度的提高可达14%;对于跨宽比约为4.0～6.0的简支箱梁,可将按初等梁计算的跨中挠度乘以提高系数1.05～1.11;计算悬臂箱梁的挠度时,一般可以忽略剪力滞效应的影响。     

考虑剪切变形的薄壁箱梁畸变分析

采用广义坐标法,建立畸变位移模式和几何方程,推导出畸变剪应力;基于混合变分原理,建立了一种新的畸变理论和梁段单元模型,该理论充分考虑了剪切变形的影响。基于新理论,指出了在单箱室箱梁不存在布莱特纯畸变,明确了畸变中心的定义,研究了畸变剪应力成分对剪切变形的影响及其影响程度。结果表明,对于常见的箱梁是可以忽略剪切变形的对畸变效应的影响。     

混凝土薄壁箱梁温度效应的变分解

在迄今所修建的混凝土箱梁桥中,不论是其施工阶段或运营阶段,箱梁上均存在较为普遍的开裂现象,造成这一现象的原因之一可能是现有箱梁温度应力的计算方法一般沿用的是工字型截面梁的计算方法,即没有考虑箱梁顶板的横向变形所导致的影响。本文基于"等效荷载法"采用能量变分法原理对等截面矩形箱梁的温度应力进行了详细的分析和理论推导,并编制了相关计算程序,其算例分析结果与ANSYS计算结果吻合较好,表明了本文方法的正确性。同时分析结果表明,箱梁在梯度温度作用下,按常规方法计算出的纵向拉应力要小于采用本文方法的计算结果,两者相差最大可达28.2%,且在顶板下缘其横向拉应力与纵向拉应力相当,因此在设计中不考虑其横向效应是偏于不安全的,应予以充分重视。     

基于能量变分法的钢底板波形钢腹板组合箱梁畸变效应分析

为合理分析钢底板波形钢腹板梯形箱梁的畸变效应,按各板件面内外抗弯刚度不变的原则将全截面等效为钢材,利用圣维南原理考虑顶底板对波形钢腹板的约束作用,修正畸变扇性坐标分布模式,基于能量变分法建立畸变控制微分方程。与已有文献及有限元进行对比分析,并研究腹板俯角和波形钢腹板厚度变化对畸变翘曲正应力的影响。结果表明,本文解析解与文献解及ANSYS解均吻合较好;基于圣维南原理修正后的扇形坐标分布模式更合理;利用本文等效方法亦可分析传统波形钢腹板组合箱梁的畸变效应;腹板俯角的设置有利于减小畸变翘曲正应力;波形钢腹板厚度变化对腹板与底板交接处的畸变翘曲正应力影响显著。     

简支及悬臂箱梁在角隅轴向荷载作用下的翼板纵向应力

基于能量变分原理,拟定轴向荷载作用下箱梁的纵向位移函数,得到关于翼板剪切变形引起的位移差函数的基本微分方程,继而推导出箱梁翼板纵向应力表达式,并首次得出角隅轴向荷载作用下翼板出现应力不均匀分布的荷载及边界条件。通过对一模型箱梁进行计算,并与通用有限元软件ANSYS壳单元计算结果进行比较,验证了该方法和所推导公式的正确性。研究结果表明,当作用于简支箱梁截面角隅处的轴向荷载（合力无偏心）为集中或分布荷载时,翼板不产生纵向应力不均匀现象;当作用于悬臂箱梁截面角隅处的轴向荷载（合力无偏心）为集中荷载时,翼板不产生纵向应力不均匀现象,而当荷载轴向分布时,翼板将产生纵向应力不均匀现象。实际工程中,横力弯曲使悬臂箱梁产生剪力滞效应,这种效应会与轴向分布荷载产生的效应叠加,设计时对此应予以充分考虑。     

变宽截面箱梁剪力滞效应研究

将变宽度截面箱梁的剪力滞翘曲位移函数定义为三次抛物线形式,用能量变分原理建立了分析变宽截面箱梁剪力滞效应的控制微分方程,并用差分法求解此方程。分别计算了简支箱梁在集中荷载和均布荷载作用下的正应力,并用有限元法作了验证。将计算结果与等截面箱梁的应力进行对比,总结变宽箱梁剪力滞效应的分布规律。结果表明,均布荷载作用下,相对于等截面梁,变宽箱梁的顶板应力变化幅度更大,峰值更高,箱梁的顶板宽度变化对剪力滞效应影响较大;在集中荷载作用下,等截面与变宽度箱梁跨中截面的应力相近,应力分布曲线吻合较好,说明顶板宽度变化对剪力滞效应影响较小;分别在集中和均布荷载作用下,箱梁跨中截面应力均为正剪力滞分布状态。当箱梁顶板、底板和悬臂板宽度相等时,剪力滞效应控制微分方程也适用于等截面箱梁。