殘余應(yīng)力分布對焊接不銹鋼工字形截面梁整體穩(wěn)定性能的影響

目的研究不銹鋼焊接工形截面無側(cè)向支撐梁的整體穩(wěn)定性能,提出工形截面梁整體穩(wěn)定系數(shù)的計算公式,為我國不銹鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范的編制提供理論依據(jù).方法對比了現(xiàn)有國外規(guī)范的設(shè)計方法,通過有限元分析研究了材料系數(shù)對不銹鋼梁穩(wěn)定系數(shù)的影響,以有限元分析結(jié)果為基礎(chǔ),對我國鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中受彎構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)的計算公式進(jìn)行適當(dāng)修正.結(jié)果提出了焊接工形截面不銹鋼受彎構(gòu)件整體穩(wěn)定系數(shù)的計算方法,并將筆者建議的計算公式與歐洲規(guī)范和有限元結(jié)果進(jìn)行了對比,結(jié)果表明建議公式比歐洲規(guī)范略偏安全.結(jié)論筆者建議的計算公式形式簡單,計算結(jié)果比歐洲規(guī)范略偏安全,可以很好地應(yīng)用于工程設(shè)計中.

第20卷第2期 1999年2月 上海鐵道大學(xué)學(xué)報 journalofshanghaitiedaouniversity vol.20,no.2 feb.,1999 工字形鋼梁整體穩(wěn)定性能的研究 夏建國 (上海鐵道大學(xué)土木工程系,上海200331) 摘要在廣泛收集國內(nèi)外試驗資料的基礎(chǔ)上,做了18片熱軋工字鋼梁試驗,并用非線性有限元增量法 編制計算程序;同時引進(jìn)廣義座標(biāo)系對國內(nèi)外216片梁試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行重分析。提出對橋涵設(shè)計規(guī)范的修 改建議,建議中引進(jìn)改良長細(xì)比,使之能反映各種因素對梁穩(wěn)定的影響,并使其形式能與現(xiàn)行橋規(guī)一致,便 于應(yīng)用。 關(guān)鍵詞工型梁,非彈性失穩(wěn),穩(wěn)定性試驗,有限元法 分類號u44 自michell研究矩形截面梁,并在1899年發(fā)表長梁在橫向力作用下彈性穩(wěn)定

本文提出工字梁腹板屈曲后對整體穩(wěn)定性影響的問題,評述了相關(guān)屈曲問題分析的一些常見方法,歸納了腹板屈曲后整體穩(wěn)定性控制的措施,為設(shè)計人員提供參照。

工字形截面組合梁截面改變設(shè)計探討——探討了承受均布荷載作用的工字形截面組合簡支梁改變截面設(shè)計的方法，確定了采用改變翼緣寬度時的最佳截面改變位置及改變截面后翼緣寬度的計算公式，并結(jié)合設(shè)計實例對該方法進(jìn)行了說明，為工字形截面梁的設(shè)計提供了一定的參...

工程設(shè)計中,一般僅對鋼梁構(gòu)件的強度、剛度、整體穩(wěn)定性、局部穩(wěn)定性做設(shè)計驗算,而很少涉及鋼梁截面扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的分析。按照現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念,對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的安全性要求進(jìn)一步提高,有必要對鋼梁截面在扭矩作用下的應(yīng)力作出分析。文章以雙軸對稱工字形截面鋼梁一端自由、一端固定為例,對其在約束扭轉(zhuǎn)時應(yīng)力進(jìn)行分析。

應(yīng)用有限元法對304不銹鋼蜂窩夾套填角焊殘余應(yīng)力進(jìn)行分析,考慮材料參數(shù)隨溫度的變化以及對流和輻射的影響,獲得了蜂窩夾套填角焊殘余應(yīng)力的分布規(guī)律。結(jié)果表明,接頭處殘余應(yīng)力分布不均勻,最大軸向殘余應(yīng)力位于蜂窩孔的中心位置,最大徑向應(yīng)力位于焊點與蜂窩板結(jié)合處。

本文以殘余應(yīng)力為研究對象,基于非線性有限元理論,通過變化構(gòu)件腹板,翼緣的殘余應(yīng)力峰值,從荷載-位移曲線、承載力的發(fā)展等方面入手,討論了殘余應(yīng)力對雙軸對稱工字型鋼梁穩(wěn)定承載能力的影響。

采用有限元軟件msc.marc,對使用高強鋼制造的工程機械常用局部加強貼板焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬計算分析。文中分別對四種不同結(jié)構(gòu)和焊接順序進(jìn)行計算,對比分析結(jié)果表明:結(jié)構(gòu)拘束和焊接順序?qū)附託堄鄳?yīng)力有重要影響,局部加強貼板增加結(jié)構(gòu)拘束度,導(dǎo)致焊接殘余應(yīng)力增大;先焊主結(jié)構(gòu),再焊局部加強貼板,焊接殘余應(yīng)力最大。因此,合適地設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)和焊接順序有利于降低結(jié)構(gòu)的焊接殘余應(yīng)力,提高焊接結(jié)構(gòu)的可靠性。

變截面梁的整體穩(wěn)定性研究——利用解析法與有限單元法，研究兩端簡支工字型截面變截面梁的整體穩(wěn)定性，提出變截面梁的等效長度概念，并對李截面梁的極限破壞荷栽的數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到變截面梁整體穩(wěn)定系數(shù)的實用計算公式?！　?/p>

隨著基于性能抗震設(shè)計理論的逐漸發(fā)展,利用損傷指標(biāo)研究結(jié)構(gòu)倒塌破壞越來越受到關(guān)注。文章對2個采用不同水平配箍率的工字形截面疊合板式剪力墻試件進(jìn)行了低周反復(fù)加載試驗,分析了各構(gòu)件的破壞形態(tài)、延性、剛度、耗能等,計算了各構(gòu)件分別采用基于剛度的損傷指標(biāo)和基于位移及耗能的損傷指標(biāo),并與試驗現(xiàn)象進(jìn)行了對比。分析結(jié)果表明,基于位移及耗能的修正的park-ang模型能較好地反映試件在各破壞階段的損傷程度;而基于剛度的roufaiel模型計算簡便,可用于其他模型的輔助評估。

雙相不銹鋼的焊接工藝是化學(xué)品船建造過程中的重要技術(shù)難點,本文首先介紹了2205雙相不銹鋼的化學(xué)成分、抗腐蝕性能和力學(xué)性能.考慮焊接殘余應(yīng)力對船體的不利影響,從焊接過程和焊接參數(shù)的控制角度探討焊接質(zhì)量控制,并結(jié)合船廠施工工藝提出控制焊接殘余應(yīng)力的方法.

不銹鋼的非線性材料特性使其構(gòu)件承載性能不同于普通鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件,需要開展專門的研究。通過焊接加工8個不銹鋼箱形截面柱,包括奧氏體型s30408和雙相型s22253兩種牌號,在試件兩端鉸接的約束條件下開展軸心承壓加載試驗。試驗中對板材力學(xué)性能、試件的局部與整體幾何初始缺陷、縱向焊接殘余應(yīng)力分布和加載初偏心進(jìn)行了測量。加載試驗得出了板件的局部屈曲承載力與構(gòu)件的相關(guān)穩(wěn)定承載力,展示了從組成板件局部屈曲到構(gòu)件整體彎曲屈曲的漸變失效形態(tài)。將試驗結(jié)果與歐洲不銹鋼規(guī)范en1993-1-4、直接強度法和中國冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范gb50018的計算公式進(jìn)行比較表明,由于歐洲規(guī)范和直接強度法沒有考慮不同牌號不銹鋼材料力學(xué)性能的差異,對雙相型s22253構(gòu)件的承載力計算偏于保守,而奧氏體型s30408構(gòu)件的計算承載力偏于不安全;而中國規(guī)范gb50018沒有考慮焊接殘余應(yīng)力、幾何缺陷和材料非線性的不利影響,高估了構(gòu)件的相關(guān)穩(wěn)定承載力。所得到的試驗結(jié)果將為后續(xù)的數(shù)值分析與理論研究提供數(shù)據(jù)支撐。

通過查閱相關(guān)資料,對變截面優(yōu)化設(shè)計的方法進(jìn)行了簡單介紹,推導(dǎo)出了雙軸對稱工字形組合鋼梁截面在集中荷載作用下優(yōu)化設(shè)計的相關(guān)公式以及梁的變截面位置,便于工程設(shè)計應(yīng)用,為變截面設(shè)計提供了理論依據(jù)。

采用彈塑性有限元法計算了q235碳鋼與304不銹鋼的焊接溫度場和焊接殘余應(yīng)力,計算結(jié)果表明,由于二者物理性能的差異造成了焊接溫度場和殘余應(yīng)力分布的不均勻,焊接殘余應(yīng)力的峰值出現(xiàn)在304不銹鋼一側(cè),其值略低于304不銹鋼的屈服強度.當(dāng)焊接熱源偏向q235鋼時,焊接殘余應(yīng)力峰值變化較小,但高應(yīng)力區(qū)減小,焊接變形明顯減小,當(dāng)焊接熱源偏向304不銹鋼時結(jié)果相反.當(dāng)焊接熱輸入增大時會導(dǎo)致焊后高應(yīng)力區(qū)范圍的擴大,殘余應(yīng)力的峰值略有降低.采用紅外熱像儀測量了焊接過程中焊接接頭上表面的溫度變化情況,有限元計算的結(jié)果與其符合較好.

鋼結(jié)構(gòu)開裂及變形很大程度上是由于焊接殘余應(yīng)力造成的.文章對鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,探究了鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力分布、產(chǎn)生原因及其對鋼結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)剛度、疲勞強度、應(yīng)力腐蝕開裂、焊件穩(wěn)定性、低溫工作性能、結(jié)構(gòu)變形、靜力強度等鋼結(jié)構(gòu)性能的影響,并提出了實踐工作中焊接殘余應(yīng)力的控制及消除辦法,為相關(guān)行業(yè)提供參考.

采用x射線法結(jié)合環(huán)劈法對電阻焊直縫焊接套管的管體和焊縫的應(yīng)力分布,以及焊接套管切割后應(yīng)力的變化進(jìn)行研究。結(jié)果表明:焊接套管殘余應(yīng)力在周向上分布不均,并且焊縫處殘余應(yīng)力很高,接近其屈服強度;焊接套管切割后管體外表面殘余應(yīng)力隨著時效時間的增長由拉應(yīng)力轉(zhuǎn)為壓應(yīng)力,而內(nèi)表面由壓應(yīng)力轉(zhuǎn)為拉應(yīng)力。

以有限元分析軟件ansys為工作平臺,基于非線性板殼有限元理論,采用殼單元對等截面h型鋼梁考慮雙重非線性的全過程分析,從而對其屈曲性能進(jìn)行深入的研究。通過變化構(gòu)件腹板、翼緣的殘余應(yīng)力峰值,從荷載-位移曲線、承載力、變形的發(fā)展等方面入手,分析了殘余應(yīng)力對等截面h型鋼梁屈曲性能的影響,獲得了一些有價值的結(jié)論。

為了研究焊接工藝參數(shù)對焊接變形及殘余應(yīng)力的影響，文章基于非線性有限元法對平板對接焊焊接過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，結(jié)果表明：對于焊縫中心線上任一點，橫向變形隨外界環(huán)境溫度的升高而減??；在3種熱源功率下，最大橫向變形均出現(xiàn)在焊接末端，其值隨熱源功率的增大而減小。說明外界環(huán)境溫度越高，焊接效果越好，焊接熱源功率越大，焊接效果越好。

?1994-2009chinaacademicjournalelectronicpublishinghouse.allrightsreserved.http://www.cnki.net 第22卷第4期湖　北　工　業(yè)　大　學(xué)　學(xué)　報2007年08月 vol.22no.4　journalofhubeiuniversityoftechnologyaug.2007 [收稿日期]2007-03-20 [作者簡介]周金枝(1964-),女,湖北武漢人,湖北工業(yè)大學(xué)教授,工學(xué)博士,研究方向:工程結(jié)構(gòu)強度分析與計算. [文章編號]1003-4684(2007)0420088203 用熱處理方法消除奧氏體不銹鋼焊接殘余應(yīng)力 周金枝,鐘　斌 (1湖北工業(yè)大學(xué)機械工程學(xué)院

為了提高不銹鋼管的冷加工成形性能,進(jìn)一步優(yōu)化相應(yīng)焊接工藝,在對汽車排氣管激光焊接溫度場進(jìn)行數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)上,分析激光焊接汽車排氣管殘余應(yīng)力.在考慮網(wǎng)格的疏密過渡以及材料力學(xué)性能參數(shù)隨溫度的變化條件下,分析激光焊接不銹鋼管殘余應(yīng)力演變過程及分布特點,即滾輪擠壓量越小,平均殘余應(yīng)力越小,但容易出現(xiàn)咬邊和未焊透,在局部產(chǎn)生應(yīng)力集中,更容易在焊接管冷加工時出現(xiàn)開裂;激光焊接線能量減小,軸向殘余應(yīng)力區(qū)域變窄,峰值應(yīng)力增加.將激光焊接殘余應(yīng)力與鎢極氬弧焊(tig)+激光焊的殘余應(yīng)力進(jìn)行對比實驗,結(jié)果表明,不銹鋼管tig+激光焊殘余應(yīng)力與激光焊接具有相似的分布,分布區(qū)域相對變寬,焊軸向殘余應(yīng)力比激光焊接小,提高了焊接管冷加工成型性能.

截面承載力校核是進(jìn)行截面設(shè)計的必要步驟,能保證設(shè)計合理、滿足使用要求。雙筋工字形截面梁在工業(yè)建筑中廣泛使用,但相關(guān)規(guī)范并未對其校核方法進(jìn)行描述。本文將雙筋工字形截面梁劃分為三種情況,歸納了相關(guān)校核方法,供設(shè)計人員參考。

在建筑用鋼的鍛壓過程中，溫度變化將產(chǎn)生殘余應(yīng)力，而該殘余應(yīng)力將會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)穩(wěn)定承載力下降，工程師在柱的穩(wěn)定分析中也已考慮了殘余應(yīng)力的影響。已有的幾種基于試驗和理論研究建立的殘余應(yīng)力分布模式在柱失穩(wěn)分析中比較成熟。但是，當(dāng)構(gòu)件發(fā)生扭轉(zhuǎn)失穩(wěn)時，采用這些殘余應(yīng)力分布模式進(jìn)行分析將導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確，因為它們不滿足截面扭轉(zhuǎn)一翹曲的平衡方程。為了解決這個問題，