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)測與控制結(jié)題摘要

本項目圍繞著橋梁鋼結(jié)構(gòu)典型構(gòu)造焊接殘余應(yīng)力與變形預(yù)測與控制的主題，運用模擬與測試相結(jié)合的手段開展研究，主要研究成果包括：① 為實現(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”，基于計算機圖形學與優(yōu)化設(shè)計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語言開發(fā)了求解程序；② 為消除塑性應(yīng)變對盲孔法測試精度的影響，采用蒙特卡羅法拓展了應(yīng)變釋放系數(shù)經(jīng)驗公式的取值范圍，同時基于ANSYS優(yōu)化設(shè)計，借助迭代手段提出了一種消除塑性應(yīng)變影響的“簡易迭代法”，該方法計算簡單、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)測焊接變形的“焊接變形源法”，進而提出了一種計算正交異性鋼橋面板焊接橫向彎曲的簡易方法；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，以足尺模型為對象，對焊接殘余應(yīng)力進行了模擬與測試，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試了六種厚度的對接焊試板，并基于實測數(shù)據(jù)修正了現(xiàn)有的焊接殘余應(yīng)力分布經(jīng)驗公式，同時對16mm、30mm厚試板進行了焊接數(shù)值模擬，揭示了鋼板厚度、應(yīng)變硬化對殘余應(yīng)力場的影響；⑥ 為描述鋼管拱橋T型相貫節(jié)點焊接殘余應(yīng)力，對其焊接過程進行了數(shù)值模擬，給出了T型相貫節(jié)點焊接殘余應(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，定量分析了噴丸強化對焊接殘余應(yīng)力的影響，同時開展了振動時效工藝對正交異性鋼橋面板焊接殘余應(yīng)力消除效果的研究，驗證了振動時效工藝的有效性；⑧ 為研究焊接殘余應(yīng)力對疲勞性能的影響，基于線彈性斷裂力學研究了不同裂紋幾何形態(tài)下焊接殘余應(yīng)力對半橢圓表面裂紋應(yīng)力強度因子的影響。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，同時對橋梁結(jié)構(gòu)的疲勞壽命和耐久性等也有不利的影響。當前國內(nèi)外對橋梁鋼結(jié)構(gòu)的焊接變形及殘余應(yīng)力研究相對較少，實際生產(chǎn)中也往往采用被動的焊后處理方式來調(diào)整焊接殘余應(yīng)力與變形，因此，有必要對橋梁鋼結(jié)構(gòu)典型構(gòu)造焊接殘余應(yīng)力與焊接變形的預(yù)測與控制進行系統(tǒng)深入的研究。本項目擬通過數(shù)值模擬和實驗測試，從構(gòu)造設(shè)計和焊接工藝層面，主動地去降低橋梁鋼結(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。本項目的預(yù)期研究成果不僅具有重要的理論意義和實際的工程應(yīng)用價值，而且有利于我國公路、鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的修訂與完善，并對我國《橋梁焊接規(guī)范》的制定有一定的參考價值和積極的推動作用。

內(nèi)容介紹

《焊接變形和殘余應(yīng)力的數(shù)值計算方法與程序》針對工程技術(shù)人員和高校學生，深入淺出地用3根棒所構(gòu)成的非常簡單的1維力學模型說明焊接變形和殘余應(yīng)力的生成過程；同時對以固有應(yīng)變?yōu)榛A(chǔ)的殘余應(yīng)力、變形預(yù)測以及測定的基礎(chǔ)理論進行簡要的闡述。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?！逗附幼冃魏蜌堄鄳?yīng)力的數(shù)值計算方法與程序》配有可以體驗計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)值計算方法與程序》的解說，可以在個人計算機上體驗焊接溫度、殘余應(yīng)力和變形計算?！逗附幼冃魏蜌堄鄳?yīng)力的數(shù)值計算方法與程序》還引用典型的計算實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算所需的各種材料的熱物理、力學性能數(shù)據(jù)和基本理論?！逗附幼冃魏蜌堄鄳?yīng)力的數(shù)值計算方法與程序》是工程技術(shù)人員和高校學生學習和掌握焊接變形和殘余應(yīng)力基礎(chǔ)知識的有力工具。

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

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

第2章 固有應(yīng)變法測量和預(yù)測殘余應(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)力的測量方法，焊接殘余應(yīng)力的預(yù)測。

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

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

第5章 關(guān)于《焊接變形和殘余應(yīng)力的數(shù)值計算方法與程序》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)力的體驗計算，即焊接熱傳導(dǎo)heat2d．exe的體驗計算，熱彈塑性FEM程序tepc2d．exe的體驗計算，固有應(yīng)變FEM程序inhs2．exe．的體驗計算，固有應(yīng)變程序inhs2d．exe的殘余應(yīng)力的預(yù)測計算。

第7章 焊接應(yīng)力及變形的各類問題和對策，即對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、點焊接過程模擬、大型焊接結(jié)構(gòu)的變形分析等計算實例。

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)對焊接變形的影響

第三節(jié) 焊接梁、柱彎曲變形計算

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、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介紹焊接變形的減小與消除工藝與措施，第八章重點介紹焊接應(yīng)力的防止與消除?！逗附討?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，并配以大量實例及圖示，以利于讀者更好地學習吸收，并從中得到啟發(fā)，從而能在實際生產(chǎn)中起到借鑒作用。