焊接空心球节点应力集中系数公式和空心球表面应力公式回归分析

摘要

随着大量厂房采用网架悬挂吊车,网架的疲劳设计成为焦点问题。焊接空心球节点作为一种常见的网架节点类型应用在各类工程中。而网架的疲劳破坏总是由裂纹的产生而发起的,而裂纹产生的位置一般是在应力集中的区域,所以研究焊接空心球应力集中大小是研究网架疲劳性能的重要环节。同时实际工程中空心球面上有多个钢管共同作用,了解空心球面应力分布情况,有利于掌握多个钢管的空心球节点应力叠加后的应力集中情况。
　　本文针对网架结构中不同规格的焊接球节点应力集中问题和球面应力分布规律问题,开展以下研究工作:1、以工程实践中和规范要求的钢管—焊接空心球节点为研究对象,采用ANSYS有限元分析软件中solid45单元建立不同几何参数的空心球节点形式,分析焊接空心球节点在轴心受压下应力分布和应力集中问题,得出以下主要结论:1)分析焊接空心球节点应力集中区域和空心球壁三向应力分布规律。2)用线性回归拟合计算公式,分别得出焊接空心球节点应力集中系数Kt与空心球直径D、钢管直径d、钢管厚度t和钢管厚度T单独作用下关系曲线。3)用多元线性回归得出应力集中系数K,计算公式K,=f(D,d,T,t)。4)对空心球内壁和外壁应力进行比较,求出球壁应力拟合公式。2、以钢管—焊接空心球连接节点为研究对象,进行了静力荷载试验,采集多次加载应变数据,得出以下主要结论:1)采集和处理测点数据,画出了节点应力分布曲线图,得出应力分布和应力集中系数规律;2)对钢管—焊接空心球连接节点测点应力的有限元软件数值分析解与测点试验结果进行了统计比较,分析节点应力的理论值和实测值存在误差大小和原因。通过本文的研究结果,基本掌握了节点的三向应力分布规律,并且得到计算应力集中系数和环向应力大小的公式,会对用热点应力幅建立疲劳计算方法和网架空心球选型设计提供依据。

目录

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 网架结构在我国应用发展及特点

1.2 网架节点的重要性

1.3 焊接空心球国内外研究现状

1.3.1 焊接空心球研究成果和现状

1.3.2 焊接空心球承载力公式的总结

1.3.3 焊接空心球节点构造措施和设计规范

1.4 应力集中研究概述

1.4.1 应力集中基本理论

1.4.2 应力集中对焊接结构疲劳性能影响

1.4.3 应力集中研究方法与手段

1.5 本文所研究内容

第二章 焊接空心球节点应力集中系数计算公式回归分析

2.1 焊接空心球节点实体单元的有限元模型分析

2.1.1 Ansys有限元模型建立

2.1.2 应力集中计算结果

2.1.3 焊接空心球节点应力集中系数有限元计算结果

2.2 焊接空心球节点应力集中系数计算公式回归分析

2.2.1 空心球直径D对应力集中系数Kt的影响分析

2.2.2 钢管直径d对应力集中系数Kt的影响分析

2.2.3 D/d和焊缝尺寸h_f相互影响对应力集中系数Kt影响

2.2.4 空心球壁厚T对应力集中系数Kt的影响分析

2.2.5 钢管壁厚t对应力集中系数Kt的影响

2.3 影响应力集中系数多个因素的多元回归分析

2.3.1 空心球厚度T与钢管厚度t的二元回归分析

2.3.2 空心球直径D与钢管直径d与焊缝尺寸多元回归分析

2.3.3 四项几何参数共同作用影响下的多元回归分析

第三章 轴心受压焊接空心球节点空心球壁表面应力公式拟合

3.1 空心球球面应力初步分析

3.2 有限元模型的细化

3.3 应力数据的提取

3.3.1 空心球切向环向应力δ_θ分布规律

3.3.2 空心球切向环向应力公式拟合

第四章 焊接空心球节点加载实验分析研究

4.1. 实验背景

4.1.1 模型分析实验背景

4.1.2 试验目的

4.2 加载方案和测点布置方案

4.2.1 加载方案

4.2.2 测点布置方案

4.2.3 试验采集方案

4.3 试验过程和数据整理

4.3.1 试验过程

4.3.2 试件加载制度和试验结果数据

4.3.3 试件KQ-10试验数据处理和分析

第五章 结论及建议

5.1 结论

5.2 建议

参考文献

附表

致谢

攻读学位期间发表的学术论文