十字板-焊接空心球应力集中系数的分析

摘要

焊接空心球节点是我国采用最早也是目前应用较广的一种节点，具有构造简单，传力明确，连接方便等优点。尽管目前对这类节点已有较多的研究，但对于空心焊接球节点的认识还是不够深入和全面的。特别随着实际工程运用的不断发展，这种局限性也逐渐显露出来。本文总结了网架焊接空心球节点疲劳破坏机理和各种影响疲劳破坏的因素，探讨了改善焊接空心球疲劳强度的方法。 应力集中是焊接空心球节点发生疲劳断裂最主要的原因。本文以ANSYS有限元软件为研究手段，针对网架焊接空心球节点，采用理想弹塑性应力一应变关系和Von-Mises屈服准则、建立了空心球壁厚与直径、十字板的板厚、十字板与焊接空心球的连接长度这四个几何参数不同变化下的有限元分析模型，得出其节点的应力分布，找到热点位置，并定量求得相应的应力集中系数K，并对所得应力集中系数K数据进行整理，得出相应的应力集中系数曲线；论述了在十字板上开剖口与不开剖口的焊接空心球节点对于应力集中的影响，并进一步定量分析了在不同焊脚高度下，应力集中系数K的变化情况。本文应用数值模拟方法计算分析了十字板与焊接空心球节点的应力分布，克服了试验测量方法费时费力、受许多条件限制等缺点，反过来还能验证试验测试的结果。因此本文的研究成果对科学研究和工程实际都具有一定的参考价值。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

声明

第一章概述

1.1疲劳问题的提出

1.1.1焊接钢结构疲劳问题

1.1.2焊接空心球网架的疲劳问题

1.2疲劳问题的定义及特点

1.3疲劳问题的研究进展

1.3.1疲劳问题研究历史回顾

1.3.2疲劳破坏机理

1.4焊接结构的疲劳设计新概念

1.4.1焊接结构的特点

1.4.2高强度钢在工程中的应用

1.4.3常幅应力变化幅和疲劳寿命

1.4.4随机荷载与等效等幅应力变化幅

1.4.5设计应力变化幅的循环次数

1.4.6材料韧性与焊接结构的疲劳断裂

1.5论文的研究目标

第二章焊接空心球网架疲劳影响因素的分析

2.1概述

2.1.1钢材化学成分对疲劳强度的影响

2.1.2金相组织

2.1.3材料缺陷和夹杂物

2.1.4表面残余应力状态的影响

2.2.应力集中对疲劳强度的影响

2.2.1接头类型的影响

2.2.2焊缝形状的影响

2.2.3焊接缺陷的影响

2.2.4焊接残余应力对疲劳强度的影响

2.3.加载形式对疲劳强度的影响

2.3.1.加载型式

2.3.2应力幅

2.3.3应力比

2.3.4应力循环次数

2.3.5平均应力

2.4.提高疲劳强度的方法

2.4.1改善焊趾几何形状降低应力集中的方法

2.4.2调整残余应力场产生压缩应力的方法

2.4.3降低应力集中和产生压缩应力兼二有之的方法

2.5提高焊接接头疲劳强度的最新技术

2.5.1超声冲击处理方法

2.5.2低相变点焊条方法

2.5.3 LTTE焊条改善疲劳强度

2.5.4低相变电焊条焊趾熔修(LTTE-dressing)方法

2.6小结

第三章焊接空心球与十字板连接节点应力分布及应力集中系数研究

3.1有限元法基本理论

3.1.1有限元法介绍

3.1.2典型分析步骤

3.1.3有限元法涉及的问题

3.2 ANSYS软件

3.2.1 ANSYS的功能

3.2.2 ANSYS的特点

3.2.3 ANSYS软件的结构

3.3应力集中研究评述

3.3.1概论

3.3.2钢结构中常见T型焊接连接的应力集中系数

3.4有限元分析

3.4.1十字板与焊接空心球连接节点的有限元建模

3.4.2十字板与焊接空心球在不同连接长度下的应力集中系数

3.4.3不同厚度的十字板与空心球的连接应力集中的影响

3.4.4不同直径的焊接空心球与十字板连接的应力集中的影响

3.4.5十字板与焊接空心球连接在不同连接长度下的应力分布

3.4.6十字板开剖口对应力集中的影响

3.4.7十字板与空心球在不同焊脚高度的全熔透T型连接时应力集中的ANSYS研究

3.5小结

第四章结论及建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学位论文