焊接工字梁应力集中的有限元分析

应力集中对焊接钢桥的疲劳寿命影响非常显著.为了研究焊接结构几何上的差异对焊趾应力集中系数的影响,通过有限元方法模拟结构的细部受力状态,计算出细部的应力集中系数,并分析了结构几何参数对应力集中系数的影响.对桥梁常用的工字形钢梁的横隔板与主梁翼板连接处的焊缝进行了细部有限元分析.结果表明:细部有限元网格尺寸不能取得过大,否则会影响应力集中系数的计算精度;底板厚度和横隔板厚度对焊趾应力集中系数的影响不大;焊脚长度和焊趾过渡圆弧半径对应力集中系数均有影响.     

梁端加强板构造对可更换耗能梁段受力性能的影响

为了改善可更换结构体系中可更换耗能构件的受力性能,提出一种梁端端板螺栓+加强板连接构造的可更换耗能梁构件。设计并制作了2个足尺的剪切屈服型可更换耗能梁试件,对其进行拟静力反复加载试验,并采用ABAQUS软件进行有限元模拟分析,探讨梁端连接构造对可更换耗能梁破坏模式、承载力、梁端塑性应变等特征的影响。试验结果表明：试件的破坏模式为腹板-加劲肋焊缝断裂或翼缘-端板焊缝断裂,试件具有良好的承载力和耗能能力;梁端加强板构造能有效转移梁端翼缘-端板焊缝区域的塑性应变,避免构件提前发生翼缘-端板焊缝断裂,导致无法满足其变形和震后可更换需求;有限元模拟结果与试验结果吻合较好,验证了有限元模型的有效性。对5类梁端加强板构造模型进行非线性分析,结果表明,该类梁端构造均能改善梁端翼缘-端板焊缝区域应力集中现象,优化其受力特征。提出可更换耗能梁梁端端板螺栓+加强板构造的设计方法,并通过有限元模型验证了其可行性。     

大流量电液换向阀强度有限元分析

针对大流量电液换向阀主阀在冲击载荷作用下的断裂失效问题,对其结构和性能进行了分析,建立了二位三通电液换向阀开闭过程的动态特性数学模型,运用能量法对冲击载荷进行定量分析,应用Ansys软件建立了危险构件的有限元模型,并进行了强度分析,得到了危险构件的应力分布.给出了主阀的断裂失效原因,为优化电液换向阀的设计、提高阀的使用寿命和安全性提供了理论依据.     

梁板类构件焊接残余应力测试的试验方法研究

针对焊接梁板类构件内部残余应力分布规律难以确定的问题,基于屈服及刚度衰减条件,提出了一种测定焊接残余应力分布的试验方法.该方法以对接焊钢板及焊接工字型梁为对象,进行了纵向焊接残余应力分布的试验测试研究,并将试验结果与有限元数值模拟结果进行了对比分析,二者吻合较好.研究结果表明,该方法能够很好地确定板类及梁类焊接构件的纵向焊接残余应力分布规律,为钢结构设计提供一定的依据.同时该方法简单、精确,具有很强的工程实用和推广价值.     

塔机起重臂钢结构疲劳裂纹扩展的数值分析

塔式起重机起重臂的断裂主要由疲劳破坏即疲劳裂纹扩展引起,针对其焊接结构中不可避免地出现裂纹的现象,利用ABAQUS建立塔式起重机起重臂有限元模型并求解,计算变幅小车满载和空载状态下塔机起重臂下弦杆与水平腹杆焊接处不同裂纹长度对应的应力强度因子,通过建立裂纹应力强度因子幅与裂纹长度的函数关系估算塔机起重臂的疲劳寿命.结果表明:塔机起重臂下弦杆与水平腹杆焊接处裂纹的应力强度因子幅随裂纹长度的增加而增大,当裂纹长度达到一定值后,应力强度因子幅呈指数型增大,结构的疲劳寿命急剧下降.故焊接结构在制造、使用等环节应采取有效措施减少焊接缺陷、防止裂纹扩展,从而提高其使用寿命.     

四点弯曲U形切口应力集中系数的数值分析

四点弯曲实验是适用陶瓷材料断裂韧性的测试方法和标准,可以研究具有切口脆性材料构件的断裂.借助于ANSYS有限元分析,得到了不同的切口尖锐度(切口深度与切口根部半径的比值a/ρ)和宽度比值(试样宽度和切口深度的比值w/a)下,单边U形切口四点弯曲的应力集中系数.利用Matlab软件拟合不同宽度比值,得到四点弯曲U形切口应力集中系数与切口尖锐度的关系式,为四点弯曲U形切口的断裂分析提供了理论基础.     

考虑焊缝单元的钢节点有限元计算方法

焊接是不同钢构件连接最常用的方式之一,出于多种原因,传统的计算对焊缝进行了简化或合并处理,这与构件的实际受力状态有较大偏差.为此,提出了钢结构三维焊缝单元的定义及其作用机理,较为精细地模拟了焊缝的应力应变状态、材料属性、应力集中情况.由于在有限元数值分析中,焊缝单元的物理特性在整个结构的作用中有较大影响,将考虑焊缝单元的节点有限元计算结果与传统的节点计算方法、简化的有限元模型的计算结果进行对比,发现了考虑焊缝单元的作用与属性,对结构的受力分析有更重要的意义.     

西溪河大桥主桥疲劳性能分析及寿命预测

随着我国高速铁路网络的逐步形成,钢结构铁路桥梁的疲劳问题日益显著,成为研究的热点。以典型的上承式钢拱桥——西溪河大桥为研究对象,通过有限元软件ANSYS对主桥结构建立数值模型,分析其在疲劳荷载下的应力分布及应力集中系数。对材料的基本S~N曲线进行合理修正,得到针对桥梁构件的S~N曲线;应用名义应力法,计算桥梁结构中各杆件的疲劳寿命,进而研究大桥的疲劳性能。研究结果表明:西溪河大桥的疲劳寿命大于107次,疲劳性能满足实际要求;应力集中主要出现在腹杆与弦杆的焊接部位,因而施工时应重点保证焊接质量;虽然疲劳破坏为脆性破坏,但拱桁架中部分杆件失效后可进行多次应力重分布,结构仍然有一定的静力及疲劳承载能力,因此结构的整体疲劳破坏具有一定延性。文中提出的疲劳寿命计算方法适用于桥梁的寿命评估。     

屈服刚度法测试焊接残余应力的试验方法

目的为了解决钢结构构件内部残余应力难以测试的问题,确定焊接梁板类构件内部残余应力的分布规律.方法基于屈服及刚度衰减条件,提出了通过试验测定焊接残余应力分布的屈服刚度法.采用该方法以对接焊钢板及焊接工字型梁为对象,进行了纵向焊接残余应力分布的试验测试.结果将试验结果与有限元数值模拟结果进行对比分析,二者吻合较好.屈服刚度法能够很好地确定板类及梁类焊接构件的纵向焊接残余应力分布规律,通过试验确定了带焊缝工字型梁翼缘和腹板的纵向焊接残余应力分布规律.由于单侧施焊,残余应力值较小,与实际情况比较吻合.结论该方法简单、精确,具有很强的工程实用和推广价值,为钢结构设计提供一定的依据.     

倒三角形桁架组合梁负弯矩区滑移性能有限元分析

倒三角形桁架组合梁通过上弦杆焊接的开孔板连接件与混凝土翼板连成整体。利用Abaqus有限元软件,分析了钢-混凝土组合梁在负弯矩下的滑移效应,并通过改变混凝土翼板的宽度和长度进行对比分析。分析结果表明:滑移在加载点处接近为0,最大值并不出现在梁端;混凝土翼板长度对滑移的影响大于宽度对滑移的影响。     

弦杆弯折对圆钢管节点抗弯承载力的影响分析

对弦杆为折杆的圆钢管T型相贯节点平面内抗弯极限承载力研究的必要性和国内外目前的研究现状作了简述.对该类节点的平面内抗弯承载力破坏准则做出了定义.通过弦杆为直杆的T型节点平面内抗弯承载力有限元计算结果与《空心管结构连接设计指南》计算值比较,认为可以利用经过试验验证的板壳有限元方法进行弦杆为折杆的T型节点平面内抗弯极限承载力分析.研究结果表明,随弦杆弯折角度Ф值的增大节点抗弯极限承载力增大.弯折角度30°以内可以忽略由于弦杆弯折带来的节点抗弯承载力提高.通过单参数分析各参数对平面内抗弯承载力的作用趋势和影响大小.在一定的几何参数条件下,节点抗弯承载力大于杆件抗弯承载力.     

基于ANSYS Workbench的塔机吊臂有限元分析

基于ANSYS Workbench模块对某塔式起重机吊臂建立有限元模型,通过静态和线性屈曲分析塔机吊臂在近端重载和远端轻载的极限荷载不同工况下的应力变形以及稳定性的状况。结果表明:吊臂起重臂节上下主弦杆之间的腹杆强度有所冗余,可适当调节腹杆的壁厚以使材料得到更充分的利用,受压主弦杆可选用更大直径的管子或用焊接工字钢代替,吊臂刚度和稳定性良好,可为塔机设计和工程施工以及进一步结构优化提供理论依据。     

吊斗铲吊臂在不同倾角下的有限元强度分析

吊臂是吊斗铲的主要承力构件,采用不同的安装倾角,将直接影响吊斗铲的作业半径、作业高度及其承载能力.吊臂的主梁与弦杆是由不同型号的型钢及钢管焊接而成,使用有限单元法进行分析是求解其应力和变形的有效方法.借助ANSYS软件分析吊臂在不同倾角工作时的应力及位移分布规律,能够判断其强度和刚度是否满足要求,也为吊臂找到最佳倾角的工作位置,提供充分的分析依据.     

双层钢板混凝土弧板支架力学特性研究

通过模型试验和Ansys有限元数值计算,对双层钢板混凝土弧板支架在均匀、非均匀荷载下的变形特征、极限承载力及压碎区的位置进行了分析。研究结果表明,在均匀荷载作用下,弧板支架的内侧钢板总是比外侧钢板先屈服,且内侧钢板屈服时一般为弧板支架极限承载力的60%左右,其混凝土压碎区也是先从内侧开始,然后向外侧扩展;在非均匀荷载作用下,混凝土环向应力也呈现非均匀分布,在边界外缘从0°～60°逐渐递增,在边界内缘0°～60°逐渐递减。构件的极限承载力与混凝土轴心抗压强度、钢板厚度成正比,可通过提高混凝土强度或钢板厚度来提高结构整体承载力。     

三峡水电站引水压力钢管焊接残余应力计算

根据板壳和圆柱壳体理论 ,以及焊接收缩力模型 ,推出圆柱壳体类构件环缝焊接残余应力的计算公式 .用所导出的公式 ,对三峡水电站引水压力钢管环缝焊接残余应力作了计算 ,其计算结果与有关权威资料计算、测试结果吻合 .本计算结果为分析三峡引水压力钢管焊接残余应力的影响 ,以及焊接工艺设计 ,提供了理论参考 .     

门式刚架工字钢柱应力集中与磁记忆效应对应关系的试验研究

通过对Q235门式刚架进行拟静力试验,检测其中钢柱表面的法向漏磁场,得到了不同荷载作用下磁记忆信号的法向分量,研究了磁信号在不同受力阶段的变化特征,建立了磁信号及其梯度值与应力集中部位的对应关系.试验结果表明:随着荷载的增加,磁信号法向分量先增加后减小,转折处可以较好的判断构件是否进入屈服阶段;H_p(y)值出现极值和反转现象,可以较好的判断应力集中部位;用梯度值出现极值判断应力集中位置,会出现偏差很小的延后现象,可以用来辅助判断应力集中.     

弦杆弯折对圆钢管节点抗弯承载力的影响分析

对弦杆为折杆的圆钢管T型相贯节点平面内抗弯极限承载力研究的必要性和国内外目前的研究现状作了简述。对该类节点的平面内抗弯承载力破坏准则做出了定义。通过弦杆为直杆的T型节点平面内抗弯承载力有限元计算结果与《空心管结构连接设计指南》计算值比较,认为可以利用经过试验验证的板壳有限元方法进行弦杆为折杆的T型节点平面内抗弯极限承载力分析。研究结果表明,随弦杆弯折角度Φ值的增大节点抗弯极限承载力增大,弯折角度30°以内可以忽略由于弦杆弯折带来的节点抗弯承载力提高。通过单参数分析各参数对平面内抗弯承载力的作用趋势和影响大小。在一定的几何参数条件下,节点抗弯承载力大于杆件抗弯承载力。     

采用吊阀系统的油罐强度有限元分析

采用弹性力学理论对油罐径向位移进行了理论分析，在有限元计算模型的处理中，对由不同厚度钢板焊接而成的罐壁进行了板壳元的厚度偏移处理，并详细讨论了地震载荷的计算和影响，为提高计算精度，在整体计算的基础上，对油罐吊阀部位进行了有限元局部细化分析，计算结果表明，在罐壁与管道连接处存在严重的应力集中，在吊阀系统设计时应引起重视。     

方钢管混凝土柱与H 型钢梁外环板刚接节点性能研究

通过对国标图集中方钢管混凝土柱与H 型钢梁外环板刚接节点模型以及3 组相应衍生模型 的有限元计算分析, 研究了外环板刚接节点在静力荷载下的受力性能以及影响节点刚接性能的各 项因素.分析结果表明:现有标准节点偏于保守, 外环板外伸宽度可减小约25 %;增加外环板外伸 宽度和增加外环板厚度均能提高节点弹性极限承载力, 后者更加经济有效;随着钢柱壁厚的增加, 柱角内侧环板应力增加, 外侧环板应力减小, 高应力区域向柱角内侧偏移, 节点弹性极限承载力随 板厚增加而提高, 但增幅较小.有限元分析和近似试验结果比较表明, 两者吻合良好, 有限元分析能 较好地模拟试验过程.     

焊接钢筋网研究应用综述

采用焊接钢筋网能提高工程质量,缩短工期.近年来,其研究应用已从混凝土板扩展到了混凝土梁、柱等构件中.在已有实验数据的基础上,对配置焊接钢筋网的混凝土板、柱、梁等构件中钢筋网的锚固、钢筋网的延性及承载力、钢筋网对裂缝的控制作用,以及采用环氧涂层后焊接钢筋网的粘结锚固性能进行了概括,归纳了焊接钢筋网技术的研究应用现状及已有的研究成果.通过综合分析,得出了相应的结论,并提出了目前研究存在的问题.