钢构件对接焊焊缝横向残余应力分布研究

采用ANSYS通用有限元分析软件对俐板对接焊进行模拟分析，通过对不同厚度钢板的对接焊缝横向残余应力分布的研究，得出了横向焊接残余应力分布与板厚关系的一些简便的数学公式，以便设计人员在进行焊缝设计时进行残余应力的估算。     

厚钢板对接焊缝残余应力的数值模拟

基于ABAQUS及其子程序DFLUX,采用热力间接耦合法,对不同厚度尺寸的Q345B厚钢板的对接焊缝进行了三维模拟分析,得到了焊接的温度场分布和最终焊接残余应力分布.结果表明：构件表面焊接残余应力大于中间面;表面纵向和横向残余应力都有一定的规律;对接焊缝沿纵向焊接残余应力随着板厚度的增加而增加,这种增加的趋势对厚度小于70 mm的钢板很明显,对70～80 mm的钢板不明显;而横向残余应力随钢板厚度的增加变化不显著.     

机车转向架焊接构架轻型化评定和疲劳强度分析

提出Ｂｏ－Ｂｏ轴式机车转向架焊接构架轻型化评定准则，根据构架整体结构有限元法分析结果，用边界元法分析了构架侧梁下盖板横向对接焊缝的应力分布，讨论对接焊缝因其根部未焊透引起的应力集中和降低承受拉应力的对接焊缝应力状态的可行性方案，比较理论分析与疲劳强度试验结果，边界元法能较为准确地评述焊缝区域的应力分布状态。     

顶板-U肋焊缝焊接残余应力的分布特征分析

为研究顶板-U肋焊缝焊接残余应力的分布特征,利用ABAQUS有限元软件建立顶板-U肋足尺模型,采用生死单元法和热力耦合分析法对焊接过程进行模拟,明晰结构整体残余应力分布。研究结果表明:在增大焊接有效功率后可增大焊缝熔池面积,但功率过大会导致焊根烧穿,为获得合理有效的功率应将电流控制在300A、电压控制在30V左右;顶板U肋纵向残余应力在焊缝及近焊缝区域为拉应力,远离焊缝区域为压应力并趋近于0。横向残余应力在焊根、焊趾处数值最大,相应部位存在疲劳开裂风险,近焊缝区域焊根应力大于焊趾应力,远焊缝区域焊趾应力大于焊根应力。基于分析结果,总结顶板-U肋焊缝各部位残余应力分布的特征规律,研究结果可为顶板-U肋焊接参数的优化设计与残余应力调控提供参考。     

丁字焊缝残余应力分布及振动消除应力的研究

本文采用 X 射线衍射法测定了丁字焊缝试板中的残余应力.根据大量的试验数据,找到了沿焊缝方向和垂直焊缝方向上,几个典型截面上的纵向和横向残余应力分布的一般规律;将丁字焊缝试板进行振动时效处理,再在原测点位置测定其残余应力的变化.试验结果发现,丁字焊缝试板上各测点的残余应力有所下降,其原始残余应力愈人,则下降率愈大,且应力分布趋于均匀化.     

U肋焊接残余应力数值分析

由于钢桥面板与U肋对接处经常发生疲劳破坏,对该结构进行数值分析研究。通过数值模拟对焊接结构的残余应力进行估算与分析,建立ANSYS有限元模型,采用生死单元技术及APDL循环模拟热源的输入。通过计算分析,得到结构温度场及应力场的变化过程与残余应力的分布情况。分析结果显示:钢桥面板与U肋间的焊缝区残余拉应力达到材料的抗拉强度屈服值,而焊接残余压应力相对较小。     

钢箱梁面板与U肋焊接残余应力的分布特性

为研究残余应力场对钢箱梁疲劳性能影响效应,以港珠澳大桥正交异性钢桥面板为例,采用数值模拟的方法,研究了正交异性钢桥面板焊接全过程及残余应力分布特性,分析了板件参数对残余应力的影响效应,得到钢箱梁确定正交异性钢桥面板焊接残余应力分布的经验公式.研究结果表明:采用ANSYS热-结构弱耦合数值模拟方法可反映实际焊接过程中残余应力场的分布;焊缝区域残余应力峰值受板件参数影响较小,横向最大残余应力约为300 MPa;沿板厚方向焊接残余应力符合正弦分布,表明采用正弦函数作为其经验分布模型是可行的.      

用X射线法研究焊接残余应力的分布

用X射线法测定焊接残余应力,目前仍处于研究阶段。本文通过大量实验证实:只要工件表面处理得当,各项参数选择合理,这种方法是完全可行的,与其他测试方法吻合较好。通过试验得出了沿焊缝线上及垂直于焊缝各截面上的纵向应力与横向应力分布规律,为进一步研究焊接残余应力分布规律,提供了依据。     

残余应力对09CuPCrNi钢焊接接头近门槛值域内疲劳裂纹扩展行为的影响

本文采用应力松驰法测定了紧凑拉伸试样中,垂直于裂纹扩展方向的横向焊接残余应力的分布,并导出了计算公式。同时,根据国标GB6398—86,采用逐级降载法测定了09CuPCrNi钢焊缝金属及经过消除应力处理的焊缝金属的门槛值,并发现裂纹在较大的残余压应力的作用下闭合严重,当应力比只≤0.8时,残余压应力使门槛值增大,且R值越小,影响越显著;当R>0.8时,残余压应力对门槛值无影响。     

观音岩大桥锚拉板区域焊接应力试验

针对钢结构斜拉桥索梁锚固区域焊接应力较为集中的特点,以重庆江津观音岩大桥索梁锚固区域为研究对象,制作了三个足尺比例的试件,对锚拉板区域相关焊缝的残余应力进行试验研究。结果表明,锚拉板区域各条主要焊缝都不同程度地存在着焊接残余应力,局部地方接近屈服强度。研究分析了锚拉板区域各类焊缝的残余应力特征、分布规律、产生原因及影响因素,并提出相关的意见和建议,为同类桥梁索梁锚固区域的设计和制作提供科学的依据。     

履带板加热器消除焊接残余应力的试验研究

测试了履带板加热过程中温度沿钢板厚度方向的分布，并用小孔释放法测试了补焊试板在焊态、经履带板加热以及炉内加热后残余应力的分布．结果表明，履带板加热时所需加热时间较长，但温度沿试板厚度方向梯度小，截面温度分布均匀；履带板加热器消除焊接残余应力效果与炉内加热相当．     

芜湖长江大桥整体节点焊接残余应力的研究

采用盲孔法来研究焊接整体节点的残余应力，结果表明：４４ｍｍ板等厚截面对接所引起的残余应力数值最大，为２６６．８ＭＰａ，采用一薄一厚的截面对接，即节省了材料，又减少了残余应力峰值。     

13CrMo44钢及焊缝金属的疲劳裂纹扩展速率

本文根据美国ASTM F647-81标准,采用紧凑拉伸试样,对13CrMo44钢及用P5(E309Mo)焊条的手弧对接焊缝金属的疲劳裂纹扩展速率进行了测定.试验采用表面直读法测量裂纹长度、并采用抛物线回归法对大量试验数据进行微机处理.基于Paris公式,得到了13CrMo44钢和焊缝金属的裂纹扩展速率的表达式.     

正交异性板桥面铺装受力影响因素分析

采用有限元方法,分析了正交异性板桥面铺装在结构和荷载因素变化时受力状态的变化规律;比较了有无纵隔板、桥面板厚度、加劲肋板厚度对受力的影响;分析了竖向、水平荷载对铺装层受力的影响。结果表明:有纵隔板时的横向拉应力为全桥面的铺装拉应力控制指标;增大桥面板厚度有利于减少桥面刚度不均,减小铺装层内的应力;加劲肋厚度的变化对加强结构刚度有利却对桥面铺装的受力不利;超载对应力状态极为不利,紧急制动产生的水平力会导致很大的纵向拉应力。     

焊后退火工艺对S355J2W钢焊接接头力学性能的影响

通过显微硬度试验、室温冲击试验和冲击试样显微断口形貌分析,对空冷和退火两种处理的S355J2W钢焊接接头进行了性能研究．结果表明：适当的退火工艺可以降低焊接接头的硬度,消除其残余应力,使焊接接头的组织分布更加均匀,提高焊接接头各微区的冲击性能．     

基于网格不敏感结构应力的铝合金焊接接头疲劳性能分析

基于网格不敏感结构应力方法,对3A21、5A06、6061等铝合金焊接接头疲劳性能及影响因素进行研究.结果表明：网格不敏感结构应力方法较传统的名义应力方法,能更好地表征不同接头形式、材料、应力比及厚度等因素对焊接接头的疲劳影响.在应力比相同的情况下,接头板厚越小,疲劳性能越好;相同板厚条件下,应力比越小,疲劳性能越好;5A06铝合金焊接接头的疲劳性能普遍高于3A21铝合金焊接接头,但板厚相差较大时,疲劳性能主要取决于厚度因素的影响;同种材料在板厚及应力比相同的情况下,对接接头疲劳性能最好,十字接头次之,T型接头疲劳性能最差.     

斜拉桥钢桥面板顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群数字疲劳试验

为研究多场耦合作用下斜拉桥钢桥面板疲劳裂纹的扩展机理，建立了跨尺度斜拉桥全桥数字疲劳试验模型；通过模拟顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处多道焊缝的焊接全过程，将焊接残余应力引入数字疲劳试验模型中；基于扩展有限元法，在多场耦合作用下对顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处典型疲劳裂纹进行扩展机理的数字断裂参数分析与扩展行为的数字疲劳试验。研究结果表明:在顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处存在较大的残余拉应力，其最大值接近钢材的屈服强度，焊接残余应力对钢桥面板疲劳性能的影响不可忽略；后续焊缝会影响已有焊缝区域的应力场分布，在分析计算多道焊缝影响区域的焊接残余应力场时，需模拟多道焊缝的焊接全过程；在恒载应力场、活载应力场和焊接残余应力场的多场耦合作用下，按复合型裂纹扩展的工程准则，顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处4种典型疲劳裂纹的最大等效应力强度因子幅均大于疲劳裂纹扩展阈值，均将在疲劳循环荷载作用下发生疲劳扩展；在多场耦合作用下，过焊孔上方顶板-U肋连接焊缝的顶板侧焊趾处疲劳裂纹和U肋侧焊趾处疲劳裂纹均为以Ⅰ型裂纹为主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹，Ⅱ型和Ⅲ型裂纹的影响不容忽略；过焊孔上方顶板-U肋连接焊缝的顶板侧焊根处疲劳裂纹和横隔板过焊孔边缘处疲劳裂纹均为Ⅰ型裂纹；建立的多场耦合作用下多尺度数字疲劳试验可为运营阶段大跨度桥梁钢桥面板疲劳裂纹的扩展提供分析与模拟方法。      

钢板喷丸处理残余应力场和表面粗糙度数值模拟

为了揭示钢板喷丸处理后残余应力场以及表面粗糙度的分布规律,采用有限元软件ABAQUS建立了多丸模型,模拟了铸铁丸对桥梁用钢Q345钢板的喷射过程,对比分析了冲击速度、冲击次数和弹丸直径对喷丸后钢板水平向残余应力沿板厚的分布以及表面粗糙度的影响.研究结果表明,随着冲击速度、冲击次数以及弹丸直径的增加,残余压应力有均匀化的趋势,并且分布范围逐渐向厚度方向发展,同时表面粗糙度也随之逐渐增大.根据表面粗糙度随冲击次数的变化规律,建议采用对数函数来表示二者的关系,并给出了弹丸直径为1.4 mm情况下表面粗糙度值与喷丸速度和冲击次数的相互关系.      

不同厚度下船舶板材高频感应自由弯曲成形

应用ANSYS软件建立高频感应自由弯曲有限元模型,研究了船板高频感应成形板厚对可加热温度、变形角度、应力、变形及冷却后的残余应力的影响。结果表明:不同厚度的船舶板材可加热温度皆在860℃以上进入奥氏体温度区。在无约束、忽略船板自重的情况下,不同厚度的船舶板材单面弯曲角度在10-2数量级;加热结束后,不同厚度的船舶板材的应力都达到屈服应力,发生了塑性变形。冷却结束后残余应力主要集中在线圈正下方。随着板厚的增加,可加热温度下降,并在中厚板区有波动;弯曲角度先增加,后减小;最大残余应力先减小,后增加。在给定加热频率和功率条件下,船板的高频感应加热变形的最有效厚度为14 mm。