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钢框架结构的焊接模拟与施工工艺研究

作　者: 谢静
导　师: 赵滇生
学　校: 浙江工业大学
专　业: 结构工程
关键词: 有限元焊接数值模拟温度场残余应力应变
分类号: TU391
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 17次
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内容摘要

钢框架结构特别是高层钢结构的焊接质量的好坏不仅影响经济效益而且关系到结构安全,因此本文以高层钢结构中梁柱的焊接仿真为研究对象,以热—弹塑性理论为基础,利用有限元软件ANSYS对钢结构梁柱连接的焊接温度场与焊接应力场进行三维数值模拟仿真,得到焊件各个时刻的焊接温度场、焊接过程应力场的变化以及焊件冷却后的残余应力和变形。本文采用生死单元法,利用生热率的形式实现热源的加载,建立了梁柱栓焊连接模型,模拟计算时采用间接法,先计算温度场,再进行焊接应力和应变的计算；针对翼缘和腹板的焊接顺序,模拟了四种焊接施工顺序,并对这四种焊接顺序得到的残余应力和应变进行了对比分析；从控制残余应力和应变的措施上考虑,改变了梁柱的某些约束条件,并对不同约束下的残余应力加以对比分析；针对残余应力消除方面,在上述优化的焊接方案中,模拟了焊前预热和焊后回火对残余应力分布的影响,为焊接工艺改进提供了重要的依据。论文最后提出的若干结论,可供实际工程施工参考。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-10
第1章绪论  10-15
  1.1 课题的意义  10-11
  1.2 国内外关于焊接研究的状况  11-13
    1.2.1 焊接温度场的研究现状  11-12
    1.2.2 焊接应力场的研究现状  12-13
  1.3 本文的主要内容和研究方法  13-15
第2章高层钢结构焊接施工工艺  15-23
  2.1 钢结构焊接技术概述  15-16
  2.2 钢结构焊接的几种方法  16-17
  2.3 焊接施工顺序和施工工艺  17-19
    2.3.1 焊接施工顺序  17-18
    2.3.2 焊接施工工艺  18-19
    2.3.3 焊后处理  19
  2.4 高层钢结构工程现场焊接中应该注意的问题  19-20
  2.5 钢结构的焊接工艺评定  20-22
  2.6 本章小结  22-23
第3章焊接过程有限元分析理论  23-35
  3.1 焊接热过程的特点  23-24
  3.2 焊接有限元模型的简化  24-25
  3.3 焊接温度场的分析理论  25-29
  3.4 焊接应力和应变的分析理论  29-34
  3.5 本章小结  34-35
第4章梁柱栓焊连接焊接ANSYS数值模拟  35-54
  4.1 焊接温度场与应力场的计算方法  35
  4.2 前处理  35-36
  4.3 载荷施加和计算  36-37
  4.4 后处理  37-38
  4.5 焊接应力场的计算  38-39
  4.6 梁柱栓焊连接焊接温度场和应力场分析实例  39-53
    4.6.1 度场计算结果  42-48
    4.6.2 应力及残余应力计算结果  48-52
    4.6.3 焊接应变计算结果  52-53
  4.7 本章小结  53-54
第5章焊接施工工艺对应力、应变及残余应力的影响  54-83
  5.1 应力、残余应力及变形的概念  54-55
  5.2 不同的焊接顺序对应力、应变的影响  55-66
    5.2.1 3-2-1焊接顺序  56-59
    5.2.2 翼缘从中间向两端焊接  59-62
    5.2.3 上下翼缘交错焊接  62-65
    5.2.4 结果分析  65-66
  5.3 改变拘束度对焊接应力、应变的影响  66-72
    5.3.1 释放梁的x方向自由度  67-69
    5.3.2 释放梁的x方向、柱的y方向自由度  69-71
    5.3.3 结果分析  71-72
  5.4 热处理对焊接应力、应变的影响  72-78
    5.4.1 焊前局部预热  72-75
    5.4.2 焊后回火  75-78
    5.4.3 结果分析  78
  5.5 焊接残余应力对结构的影响  78-80
  5.6 控制与消除焊接残余应力的方法  80-82
    5.6.1 焊接残余应力的控制措施  80-81
    5.6.2 焊接残余应力的消除方法  81-82
  5.7 本章小结  82-83
第6章结论与展望  83-86
  6.1 结论  83-84
  6.2 展望  84-86
参考文献  86-90
致谢  90-91
攻读硕士学位期间发表的论文  91

钢框架结构的焊接模拟与施工工艺研究

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