残余应力对T型圆管相贯节点承载力性能影响研究

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采用相贯节点的钢管桁架以其构造简洁,造型美观,抗扭性能良好等诸多优点被广泛应用于大跨空间结构中,如何确保节点的安全性是该类结构的主要研究课题。由于在节点处,各个支管是直接相焊的,焊接时高度集中的瞬时热输入,会在节点上产生相当大的焊接残余应力,有时甚至会达到屈服强度,从而降低承载力,影响结构的安全性能。以往的节点研究往往忽略残余应力的影响,对相贯处进行简化处理。因此,研究残余应力对相贯节点承载力性能的影响是十分必要的。本文选取T型圆管相贯节点进行研究,利用ANSYS对焊接过程进行仿真分析。在模拟热源移动时,将环形焊缝单元分成十个小的时间段,利用ANSYS单元生死技术,逐步激活单元并施加热量,从而实现热源的移动,得到了任意时刻的温度场和应力场。为了研究残余应力对节点承载力性能影响,本文选取了24个不同几何参数的节点,对其进行加载,并分析承载力的变化。本文主要的研究工作如下:①考虑材料的热物理性能和力学性能随温度的变化、采用过渡网格划分形式划分网格以保证焊缝处网格足够细小、选取适当的计算时间步长、采用单元生死技术模拟焊接熔敷过程,建立了T型圆管相贯节点焊接温度场和焊接应力场三维移动热源有限元分析模型;②对不同时刻的焊接温度场分布情况以及不同点的热循环曲线进行分析比较,得出温度场分布的规律;③讨论了焊接过程中不同时刻的应力变化规律和焊后残余应力的分布规律。并分析了主管径厚比γ以及支管与主管直径比β对残余应力分布的影响。④讨论T型圆管相贯节点承载力在考虑与不考虑残余应力时承载力的差别,并分析残余应力对节点承载力性能影响随着主管径厚比γ以及支管与主管直径比β取不同值时有什么变化趋势。
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