橋梁鋼結(jié)構(gòu)典型構(gòu)造焊接殘余應(yīng)力及變形的預(yù)測(cè)與控制

本項(xiàng)目圍繞著橋梁鋼結(jié)構(gòu)典型構(gòu)造焊接殘余應(yīng)力與變形預(yù)測(cè)與控制的主題，運(yùn)用模擬與測(cè)試相結(jié)合的手段開展研究，主要研究成果包括：① 為實(shí)現(xiàn)焊接熱源模型參數(shù)求解的“建模參數(shù)化”和“求解程序化”，基于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與優(yōu)化設(shè)計(jì)法提出了一種雙橢球熱源模型參數(shù)的求解方法，并采用VB語(yǔ)言開發(fā)了求解程序；② 為消除塑性應(yīng)變對(duì)盲孔法測(cè)試精度的影響，采用蒙特卡羅法拓展了應(yīng)變釋放系數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式的取值范圍，同時(shí)基于ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)，借助迭代手段提出了一種消除塑性應(yīng)變影響的“簡(jiǎn)易迭代法”，該方法計(jì)算簡(jiǎn)單、迭代收斂快、且不受應(yīng)力水平的限制；③ 為解決依靠殘余塑性應(yīng)變預(yù)測(cè)焊接變形偏小的問題，利用焊縫塑性區(qū)的局部變形，建立了預(yù)測(cè)焊接變形的“焊接變形源法”，進(jìn)而提出了一種計(jì)算正交異性鋼橋面板焊接橫向彎曲的簡(jiǎn)易方法；④ 為探究正交異性鋼橋面板焊接殘余應(yīng)力的大小與分布，以足尺模型為對(duì)象，對(duì)焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行了模擬與測(cè)試，并提出了正交異性鋼橋面板用于整體分析和局部分析的焊接殘余應(yīng)力簡(jiǎn)化圖示；⑤ 為探究Q345qD厚板焊接殘余應(yīng)力的空間分布，采用局部逐層銑削盲孔法測(cè)試了六種厚度的對(duì)接焊試板，并基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)修正了現(xiàn)有的焊接殘余應(yīng)力分布經(jīng)驗(yàn)公式，同時(shí)對(duì)16mm、30mm厚試板進(jìn)行了焊接數(shù)值模擬，揭示了鋼板厚度、應(yīng)變硬化對(duì)殘余應(yīng)力場(chǎng)的影響；⑥ 為描述鋼管拱橋T型相貫節(jié)點(diǎn)焊接殘余應(yīng)力，對(duì)其焊接過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，給出了T型相貫節(jié)點(diǎn)焊接殘余應(yīng)力的空間分布；⑦ 為調(diào)控橋梁鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力，開展了噴丸表面處理試驗(yàn)，定量分析了噴丸強(qiáng)化對(duì)焊接殘余應(yīng)力的影響，同時(shí)開展了振動(dòng)時(shí)效工藝對(duì)正交異性鋼橋面板焊接殘余應(yīng)力消除效果的研究，驗(yàn)證了振動(dòng)時(shí)效工藝的有效性；⑧ 為研究焊接殘余應(yīng)力對(duì)疲勞性能的影響，基于線彈性斷裂力學(xué)研究了不同裂紋幾何形態(tài)下焊接殘余應(yīng)力對(duì)半橢圓表面裂紋應(yīng)力強(qiáng)度因子的影響。通過本研究加深了橋梁鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力與變形的理解，研究成果具有廣泛的應(yīng)用前景。 2100433B

隨著鋼結(jié)構(gòu)在橋梁工程中的廣泛應(yīng)用，焊接作為橋梁鋼結(jié)構(gòu)連接的主要方式，其較大的焊接變形及殘余應(yīng)力嚴(yán)重影響著橋梁鋼結(jié)構(gòu)的制造、安裝精度，增加了焊接變形矯正工作量，降低了生產(chǎn)效率，同時(shí)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞壽命和耐久性等也有不利的影響。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)橋梁鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形及殘余應(yīng)力研究相對(duì)較少，實(shí)際生產(chǎn)中也往往采用被動(dòng)的焊后處理方式來(lái)調(diào)整焊接殘余應(yīng)力與變形，因此，有必要對(duì)橋梁鋼結(jié)構(gòu)典型構(gòu)造焊接殘余應(yīng)力與焊接變形的預(yù)測(cè)與控制進(jìn)行系統(tǒng)深入的研究。本項(xiàng)目擬通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試，從構(gòu)造設(shè)計(jì)和焊接工藝層面，主動(dòng)地去降低橋梁鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余拉應(yīng)力峰值、縮小高殘余拉應(yīng)力區(qū)域；控制橋梁鋼結(jié)構(gòu)典型構(gòu)造的焊接變形，提高制造與安裝精度。本項(xiàng)目的預(yù)期研究成果不僅具有重要的理論意義和實(shí)際的工程應(yīng)用價(jià)值，而且有利于我國(guó)公路、鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的修訂與完善，并對(duì)我國(guó)《橋梁焊接規(guī)范》的制定有一定的參考價(jià)值和積極的推動(dòng)作用。

內(nèi)容介紹

《焊接變形和殘余應(yīng)力的數(shù)值計(jì)算方法與程序》針對(duì)工程技術(shù)人員和高校學(xué)生，深入淺出地用3根棒所構(gòu)成的非常簡(jiǎn)單的1維力學(xué)模型說明焊接變形和殘余應(yīng)力的生成過程；同時(shí)對(duì)以固有應(yīng)變?yōu)榛A(chǔ)的殘余應(yīng)力、變形預(yù)測(cè)以及測(cè)定的基礎(chǔ)理論進(jìn)行簡(jiǎn)要的闡述。焊接變形和殘余應(yīng)力一直是困擾工程技術(shù)人員的一大難題。《焊接變形和殘余應(yīng)力的數(shù)值計(jì)算方法與程序》配有可以體驗(yàn)計(jì)算焊接變形和殘余應(yīng)力的程序以及基本例題的CD。根據(jù)《焊接變形和殘余應(yīng)力的數(shù)值計(jì)算方法與程序》的解說，可以在個(gè)人計(jì)算機(jī)上體驗(yàn)焊接溫度、殘余應(yīng)力和變形計(jì)算。《焊接變形和殘余應(yīng)力的數(shù)值計(jì)算方法與程序》還引用典型的計(jì)算實(shí)例介紹焊接變形和殘余應(yīng)力分析的方法和目的。CD中還收錄了熱彈塑性計(jì)算所需的各種材料的熱物理、力學(xué)性能數(shù)據(jù)和基本理論?！逗附幼冃魏蜌堄鄳?yīng)力的數(shù)值計(jì)算方法與程序》是工程技術(shù)人員和高校學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握焊接變形和殘余應(yīng)力基礎(chǔ)知識(shí)的有力工具。

《焊接變形和殘余應(yīng)力的數(shù)值計(jì)算方法與程序》的主要內(nèi)容如下：

第1章 焊接力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，即緒論，焊接力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，殘余應(yīng)力和固有應(yīng)變的生成機(jī)理。

第2章 固有應(yīng)變法測(cè)量和預(yù)測(cè)殘余應(yīng)力的基礎(chǔ)理論，即固有應(yīng)變和生成應(yīng)力的關(guān)系，2維及3維殘余應(yīng)力的測(cè)量方法，焊接殘余應(yīng)力的預(yù)測(cè)。

第3章 焊接力學(xué)模擬的基礎(chǔ)，即焊接的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)模擬的基礎(chǔ)知識(shí)。

第4章 有限元法的基礎(chǔ)知識(shí)，即問題的種類和基本計(jì)算式，變分原理，熱彈塑性問題的分析實(shí)例。

第5章 關(guān)于《焊接變形和殘余應(yīng)力的數(shù)值計(jì)算方法與程序》程序的問與答，即程序概要，焊接熱傳導(dǎo)程序heat2d．exe的問與答，熱彈塑性的程序tepc2d．exe的問與答，固有應(yīng)變法程序inhs2d．exe的問與答，子程序awsd．exe的問與答，計(jì)算例題數(shù)據(jù)。

第6章 有限元程序的焊接熱傳導(dǎo)、焊接變形及殘余應(yīng)力的體驗(yàn)計(jì)算，即焊接熱傳導(dǎo)heat2d．exe的體驗(yàn)計(jì)算，熱彈塑性FEM程序tepc2d．exe的體驗(yàn)計(jì)算，固有應(yīng)變FEM程序inhs2．exe．的體驗(yàn)計(jì)算，固有應(yīng)變程序inhs2d．exe的殘余應(yīng)力的預(yù)測(cè)計(jì)算。

第7章 焊接應(yīng)力及變形的各類問題和對(duì)策，即對(duì)接接頭的冷裂紋和約束、減少疲勞裂紋的角焊縫焊接殘余應(yīng)力分析、多層焊接殘余應(yīng)力和焊接裂紋、極厚板多層對(duì)接接頭的殘余應(yīng)力分析，防止管道接頭的應(yīng)力腐蝕的水冷式焊接，線狀加熱的變形預(yù)測(cè)、點(diǎn)焊接過程模擬、大型焊接結(jié)構(gòu)的變形分析等計(jì)算實(shí)例。

前言

第一篇 焊接變形控制

第一章 焊接殘余應(yīng)力

第一節(jié) 焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生及分布

第二節(jié) 焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的影響

第三節(jié) 減小焊接殘余應(yīng)力的方法

第二章 焊接結(jié)構(gòu)的變形規(guī)律

第一節(jié) 焊接變形種類

第二節(jié) 焊接方法和焊接參數(shù)對(duì)焊接變形的影響

第三節(jié) 焊接梁、柱彎曲變形計(jì)算

第四節(jié) 焊接收縮變形

第五節(jié) 焊接梁、柱蓋板和腹板波浪變形

第六節(jié) 露開作業(yè)焊接箱形梁溫度變位計(jì)算

第七節(jié) 板結(jié)構(gòu)箱形梁腹板的預(yù)拱度曲線

第三章 減小焊接變形的方法

《焊接應(yīng)力、變形的控制工藝與操作技巧》為《焊接應(yīng)力、變形的控制工藝與操作技巧》，全書共分八章，分別介紹了焊接應(yīng)力與變形的產(chǎn)生原因和規(guī)律、焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、合理選擇裝配與焊接程序、焊接變形的估算及反變形法的實(shí)施以及其他焊接變形控制工藝、典型結(jié)構(gòu)的裝配與焊接、焊后殘余變形的矯正和焊接殘余應(yīng)力的防止與消除等內(nèi)容。其中第二至第七章重點(diǎn)介紹焊接變形的減小與消除工藝與措施，第八章重點(diǎn)介紹焊接應(yīng)力的防止與消除。《焊接應(yīng)力、變形的控制工藝與操作技巧》采取工藝與操作相結(jié)合的形式，簡(jiǎn)明扼要地介紹生產(chǎn)中焊接應(yīng)力、變形的控制工藝與操作技巧，并配以大量實(shí)例及圖示，以利于讀者更好地學(xué)習(xí)吸收，并從中得到啟發(fā)，從而能在實(shí)際生產(chǎn)中起到借鑒作用。