基于等承载能力原则的丁(十)字焊接接头设计

摘要

丁(十)字焊接接头存在严重的几何不连续,采用低匹配焊材时存在材料的不均匀,降低了接头的承载能力。传统的设计理念和设计方法已无法彻底解决这一问题。本文通过建立丁(十)字焊接接头强度理论,分析接头的断裂模式,提出使接头的承载能力达到母材屈服水平的等承载能力的设计理念,以断裂模式为宏观判据,以理论应力集中系数为控制参量,确定等承载能力的实现条件,通过线弹性分析得到理论应力集中系数与接头几何参数之间的关系,从而建立丁(十)字焊接接头等承载能力设计准则,对等承载设计丁(十)字焊接接头进行弹塑性分析,以检验是否达到了预期的设计目标。
　　为研究接头几何参数对承载能力的影响,建立丁(十)字焊接接头焊缝强度理论。假设材料塑性足够好,同时不考虑接头内的自平衡应力,给出焊缝截面上平均切应力和平均拉应力的表达式,由此得到最大切应力和最大拉应力的大小及其所在截面的角度。研究几何参数的影响,材料的力学性能一定时,接头的失效原因和承载能力取决于几何参数,给出了接头的承载能力与几何参数的对应关系。
　　断裂模式能够反映焊接接头的承载能力、塑性以及焊缝与母材应力应变的差异,可作为评定接头可靠性的判据。等承载能力的设计理念,要求接头的断裂模式至少为(韧带)全面屈服断裂模式。以理论应力集中系数为控制参量,提出等承载能力的实现条件为。
　　借助有限元软件研究几何参数(板厚、焊脚尺寸、焊趾倾角、焊趾过渡圆弧半径)对接头的焊根和焊趾处的理论应力集中系数的影响规律,建立几何参数与理论应力集中系数的关系方程,给出丁(十)字焊接接头等承载能力设计准则。
　　建立按照等承载能力设计准则设计的丁(十)字焊接接头的弹塑性有限元模型,分析接头的应力应变特点,预判接头的断裂位置,推断接头的断裂模式,结果表明,接头以(韧带)全面屈服断裂模式断裂,承载能力达到了母材的屈服水平。
　　等承载能力设计可使接头承载能力达到了母材的屈服水平,在焊接结构的设计中,可以不必考虑因焊接接头的存在而额外增加母材的厚度。

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第1章 绪 论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 角焊缝的设计和静载强度计算研究现状

1.3 高强钢焊接结构

1.4 焊接接头的形状优化

1.5 本课题的主要研究内容

第2章 丁（十）字焊接接头强度分析

2.1 引言

2.2 不开坡口的丁（十）字焊接接头强度分析

2.3 等匹配、开坡口的丁（十）字焊接接头强度分析

2.4 低匹配、开坡口的丁（十）字焊接接头强度分析

2.5 本章小结

第3章 丁（十）字焊接接头等承载设计原理

3.1 引言

3.2 丁（十）字焊接接头的断裂模式

3.3 丁（十）字焊接接头等承载能力的概念

3.4 丁（十）字焊接接头静载拉伸等承载设计的实现条件

3.5 本章小结

第4章 丁（十）字焊接接头静载拉伸等承载设计

4.1 引言

4.2 接头的形状方案和几何参数

4.3 应力集中系数关系方程的建立

4.4 丁（十）字焊接接头静载拉伸等承载设计准则

4.5 本章小结

第5章 丁（十）字焊接接头静载拉伸等承载设计准则的有限元验证

5.1 引言

5.2 有限元建模

5.3 接头应力应变分布特点和断裂模式

5.5 本章小结

结 论

参考文献

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