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梯形波纹腹板焊接梁疲劳性能研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外研究现状

1.2.1 梯形波纹腹板焊接梁研究

1.2.2 焊接结构疲劳评定方法研究

1.3 研究现状分析

1.4 本文研究内容

第二章 等效结构应力法的关键技术研究

2.1 方法原理

2.2 数值算法研究

2.2.1 等效结构应力求解分析

2.2.2 局部坐标系变换

2.2.3 线载荷转化矩阵数值解法

2.3 焊缝细节建模策略研究

2.3.1 分析模型构造

2.3.2 方法验证

2.4 纵向结构应力疲劳评定方法研究

2.4.1 基本思想

2.4.2 纵向结构应力求解方法

2.4.3 纵向结构应力法验证

2.5 本章小结

第3章 梯形波纹腹板焊接梁的疲劳评定方法研究

3.1 疲劳特点概述

3.2 疲劳评定的控制参量

3.2.1 分析模型的描述

3.2.2 名义应力法疲劳评定

3.2.3 热点应力法疲劳评定

3.2.4 等效结构应力法疲劳评定

3.2.5 纵向等效结构应力法疲劳评定

3.2.6 疲劳评定方法比较与结论

3.3 等效结构应力法的进一步验证

3.3.1 疲劳试验描述

3.3.2 疲劳裂纹位置分析

3.3.3 疲劳寿命分析

3.4 本章小结

第4章 波纹数量对梯形波纹腹板焊接梁疲劳性能影响

4.1 引言

4.2 模型选取与载荷等效

4.2.1 模型选取

4.2.2 归一化参考水平处理

4.3 三点弯载荷下波纹数量对疲劳性能的影响

4.3.1 等效结构应力分布研究

4.3.2 影响应力集中趋势规律的因素分析

4.4 四点弯载荷下波纹数量对疲劳性能的影响

4.4.1 总体波纹数量对疲劳性能的影响

4.4.2 加载位置之间波纹数量对疲劳性能的影响

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

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摘要

梯形波纹腹板焊接梁是一种新型梁结构,由于其一系列优越的力学特性,近年来得到较快的发展。梯形波纹腹板焊接梁大多采用焊接方式加工制造,疲劳性能对其工程实际应用具有重要意义。本文从焊接结构的疲劳理论出发,研究了名义应力法、热点应力法和等效结构应力法三种不同层次的疲劳评定方法,提出了等效结构应力法的应用策略,系统分析了梯形波纹腹板焊接梁结构的疲劳性能。主要研究工作如下:
  (1)开展了等效结构应力法的理论研究,给出了单元节点力的局部坐标变换方式,实现了单元线载荷矩阵的数值求解方法;分析了焊接接头局部基于SHELL单元的有限元模型构造方式,得到了T型焊接接头进行等效结构应力法疲劳评定的建模方法;针对纵向受载的非承载型焊接结构,提出了一种纵向结构应力的构造方法。
  (2)分析了大量梯形波纹腹板焊接梁的疲劳试验结果,给出了弯曲作用下该结构疲劳破坏的危险位置和疲劳行为;分别采用名义应力法、热点应力法和等效结构应力法进行疲劳评定研究,结果表明:等效结构应力可比较准的预测裂纹萌生位置和估算疲劳寿命,建议采用等效结构应力作为梯形波纹腹板焊接梁的寿命评价控制参量。
  (3)以等效结构应力作为寿命控制参量,分析了三点弯曲和四点弯曲作用下梯形波纹腹板焊接梁的疲劳寿命,采用归一化的思想消除跨距的影响,研究了腹板波纹数量对结构疲劳性能的影响规律。提出:随波纹数量的增加,结构的疲劳强度逐渐增加;在三点弯曲循环载荷作用下,推荐腹板波纹数量取值为2n+1;在四点弯曲循环载荷作用下,推荐腹板波纹数量取值为2n+1或2n+0.5,且加载位置之间的波纹数量为整数。
  本文开展梯形波纹腹板焊接梁的疲劳性能研究,对梯形波纹腹板焊接梁的设计、生产与结构装配具有指导作用,对扩展其应用领域具有重要意义。

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