钢桥中错位厚板十字接头的力学性能与补强方法

针对钢桥中厚板十字接头出现错位缺陷的问题,采用有限元方法研究了错位缺陷对厚板十字接头力学性能的影响,提出一种分离式焊接钢板补强方法并对补强钢板的尺寸进行优化设计.研究结果表明,错位缺陷对厚板十字接头的力学性能产生较大的影响,板件竖向应力在附加弯矩作用下显著增大.提出的焊接钢板补强方法使得补强后竖向支承板承担大部分轴力与弯矩,强度控制设计截面位于补强钢板底部焊缝处,可通过增加补强钢板的高度提升补强效率,最高可达48%.本文推荐了不同错位量下补强钢板的合理尺寸,可为类似工程中错位厚板十字接头的补强方法提供参考.

钢桁梁悬索桥十字接头焊缝工艺研究

随着焊接技术水平的不断提高,焊接接头的质量越来越可靠;十字接头焊缝设计越来越多地应用于大跨径钢桁梁悬索桥钢结构的关键传力部位。文章以牂牁江特大桥主跨1080 m的双塔单跨简支钢桁梁悬索桥钢结构制造为背景,通过钢桁梁悬索桥十字接头焊缝的设计要求,从坡口型式及尺寸、焊接方法、焊接材料、焊接规范参数及无损检测要求等方面,研究制定了钢桁梁悬索桥十字接头焊缝的焊接工艺及生产过程中焊接质量的控制措施,成功指导了本桥钢桁梁悬索桥十字接头焊缝的焊接生产,也为今后其它桥梁钢结构十字接头焊缝的焊接生产积累了经验。

错位缺陷对钢桥中厚板斜十字接头静力性能影响研究

为了解错位缺陷对钢桥中厚板斜十字接头静力性能的影响,以某主跨200 m的简支系杆拱桥拱-梁节点为背景进行研究。采用理论分析与有限元计算相结合的方法,分析错位量和斜交角度对厚板斜十字接头热点应力的影响,并提出考虑错位缺陷的厚板斜十字接头应力集中系数的计算方法。结果表明:错位缺陷对斜十字接头的静力性能影响较大,负错位缺陷比正错位缺陷更不利;斜十字接头竖向支承板焊缝处最大热点应力与错位量近似正线性相关,并与斜交角度正相关;提出的应力集中系数的计算方法与有限元计算结果拟合较好,可应用于钢桥施工阶段产生错位缺陷的厚板斜十字接头受力情况的初步估算。

超声冲击对转向架焊接十字接头表层组织及疲劳性能的影响

采用HJ2-Ⅱ型超声冲击机对转向架常用16MnR钢十字接头焊趾进行超声冲击处理.采用高分辨透射电镜对冲击后的十字接头焊趾区域表面微观组织进行了分析,利用EHF-EM200K2-070-1A疲劳试验机对16MnR焊态和超声冲击态十字接头进行了疲劳性能的对比试验研究.结果表明,超声冲击后在焊趾及其附近区域获得纳米化组织,超声冲击前后接头试样均断于焊趾;焊态十字接头的条件疲劳极限(2×106)为158 MPa,冲击态十字接头的条件疲劳极限(2×106)为236 MPa,条件疲劳极限提高了49%左右,接头的疲劳寿命延长了45～52倍.超声冲击在提高16MnR十字接头疲劳性能方面具有显著的效果.

考虑疲劳性能的十字接头角焊缝尺寸设计

传统的角焊缝尺寸设计往往只考虑焊缝的静力强度,文中则从疲劳性能的角度对十字接头角焊缝的尺寸设计问题进行研究.首先计算了无熔深十字接头可能失效截面的结构应力,通过对不同焊脚尺寸时结构应力变化特点的分析,从理论上证明了焊脚尺寸越大,接头的疲劳性能越高;当焊脚尺寸s和板厚h之比小于0.75时为焊根失效,大于0.75时为焊趾失效;而实际工程中s/h在0.8和1.0之间是比较理想的选择.然后通过一系列疲劳试验验证了上述结论.最后还分析了焊接熔深对十字接头疲劳性能和焊脚尺寸设计的影响.

钢桥腐蚀斜焊缝十字接头疲劳性能研究

以45°倾角全熔透承载角焊缝十字接头为研究对象,在试件的边缘焊趾附近构造深度分别为1和2mm的2种人工半球形蚀坑,通过疲劳试验和有限元方法分析腐蚀对斜焊缝十字接头疲劳行为的影响。结果表明:当蚀坑深度分别为0,1,和2mm时,在200万次循环加载下斜焊缝十字接头疲劳强度分别为92.4,91.3和70.2 MPa,当蚀坑深度等于或小于1mm时,可以忽略蚀坑对斜焊缝十字接头疲劳强度的影响,但选取斜焊缝十字接头的S—N曲线时应该考虑不同腐蚀程度的影响;蚀坑深度是影响斜焊缝十字接头疲劳强度的主要因素,在蚀坑半径相同情况下蚀坑越深,等效应力越大,应力集中越明显;由于热点应力集中系数与蚀坑深度的相关性要好于深宽比,且非线性函数优于线性函数,因此推荐采用非线性函数拟合热点应力集中系数与蚀坑深度的关系。

铝合金非承载十字接头疲劳特性

基于结构应力法,计算拉伸疲劳加载时不同几何尺寸的7N01铝合金非承载十字接头的结构应力,并结合疲劳试验数据建立其疲劳失效的主S-N曲线.结果表明,与名义应力法相比,基于结构应力法的主S-N曲线线性相关性更好,能够适应不同几何尺寸十字接头疲劳的计算.进一步分析相同名义应力下,承载板厚度对疲劳寿命的影响,结果表明,接头疲劳承载能力的增加与板厚的增加并非线性关系,随着承载板厚度增加,接头疲劳寿命降低.

超声冲击工艺对16MnR十字接头表面质量的影响

目的提高焊接接头的表面质量。方法采用超声冲击方法对16Mn R十字接头焊趾处进行冲击处理,对原始焊态及不同冲击工艺参数下的焊趾表面质量进行了对比测试及比较分析。结果冲击后,焊接接头焊趾处过渡半径增大,母材与焊缝过渡趋于平缓。焊趾表面组织得到明显细化,细化层深度及细化程度随冲击工艺参数的变化而变化。冲击后焊趾处由焊态的拉应力状态转变为压应力状态,表面显微硬度大幅提高。在1.5 A/20 min冲击工艺下,焊趾处的残余压应力最大(为269.8 MPa),表面显微硬度最高(为340.5HV)。同时,经超声冲击后,表面粗糙度有增大的趋势,而且不当的冲击会使接头表层出现不同类型的缺陷,从而影响焊接接头整体的表面质量。结论接头表面质量不仅取决于冲击时间、冲击电流,还取决于单道冲击过程中冲击点与冲击点之间及多道往复冲击过程中冲击道与冲击道之间的位置及连接的紧密程度,而且并不是所有表面质量指标都与超声冲击参数正相关或线性相关。

局部法在十字接头工作角焊缝疲劳强度评定中的应用

介绍了一种新的疲劳强度评定方法 ,即局部法。该方法用单一疲劳标准可预测结构在载荷作用下的疲劳行为 ,而不受结构几何形状复杂、所受外载复杂的拘束。对国内常用Q2 35B钢的十字接头工作角焊缝进行了单轴拉伸疲劳试验 ,并用有限元方法对焊接残余应力和外载引起的局部应力进行了计算 ,分析结果表明该准则完全适合于Q2 35B钢。

低匹配十字接头的“等承载”设计

为提高低匹配接头的静载承载能力和疲劳抗力,根据提出的"等承载"设计思想和实现条件,在确定十字接头应力集中最小化的焊缝形状方案的基础上,通过有限元计算及其结果的回归分析,建立了十字接头几何参数与焊趾、焊根应力集中系数的关系方程,进行了0.571匹配比十字接头等承载目的的接头形状参数设计.结果表明,设计延缓了拉伸及弯曲过程中低强焊缝和焊趾应力的增长速度,低强焊缝不先于母材屈服,应变集中先位于焊趾,随后向母材转移,接头断裂模式转变为安全的全面屈服断裂.该设计对高强度钢低匹配接头的应用具有重要意义.

某桥索梁锚固区十字接头抗层状撕裂性能研究

某桥为中承式推力钢箱拱桥,索梁锚固区十字接头承受Z向拉伸,为确认十字接头抗层状撕裂能力,采用有限元法和试验相结合的方法进行研究。计算结果表明:设计荷载下顶板Z向应力远小于材料的屈服应力;试验设计试件的Z向应力与实桥基本一致。试验结果表明:Q345qD钢板具有良好的Z向性能,断面收缩率大于60%,钢材夹杂物数量非常少(等级为1.0级);足尺模型静力和疲劳试验下箱梁顶板没有发生层状撕裂现象。该桥设计所选Q345qD钢材具有较高的抗层状撕裂性能。鉴于我国冶金技术的进步,当结构有Z向性能要求时,建议优先研究使用非Z向钢,以获取良好的经济效益。

铝合金TIG焊非承载角焊缝十字接头疲劳强度的研究

对LF2 1铝合金非承载角焊缝TIG焊十字接头在应力比R =0及R =0 .5的条件下进行了疲劳试验。结果表明 :TIG焊铝合金焊接接头的疲劳强度与其它焊接方法获得的相同接头的疲劳强度相当 ,试图采用更高级别的S -N曲线进行设计时应持慎重态度 ;LF2

7N01铝合金十字接头抗疲劳设计

首次针对铝合金十字接头的疲劳失效模式开展研究.借助有限元分析与疲劳试验相结合的研究手段,首先将传统的热点应力(HSS)与研究中的等效结构应力(equilibrium equivalent traction force/EETS)的应力集中系数对比,证实了EETS分析结果的网格不敏感性.基于此,深入分析十字接头连续板厚度、接头熔深以及加载跨距对焊趾与焊根处应力的影响,并提出有效结构应力(effective traction force)计算焊根开裂角度.结果表明,焊趾处等效结构应力不受连续板厚度、加载跨距与熔深的影响,而在焊根处,各个因素影响不一.疲劳试验与解析预测结果高度一致,承载十字接头焊根开裂角度并非45°.十字接头的抗疲劳设计需综合考虑接头几何特征与焊接质量,必须满足焊趾处等效结构应力(Ss,toe)高于焊根处等效结构应力(Ss,toe).

非承载角焊缝十字接头疲劳性能

文中基于结构应力方法对非承载角焊缝接头的疲劳性能进行了数值分析与试验研究。首先根据不同焊脚尺寸的十字接头焊趾截面结构应力,发现焊脚尺寸越大,接头疲劳性能反而越低,疲劳试验也证明了这一现象。同时,试验数据与BS 7608标准中F级S-N曲线的对比说明了疲劳评估时进行应力修正的必要性。然后,分别利用含装配间隙和熔深的有限元模型计算接头结构应力,证明两者对接头的疲劳性能影响很小。文中还通过与承载角焊缝接头的对比,证明细节特征对接头疲劳性能的影响程度与接头受力状态直接相关。在定义焊缝缺欠质量等级时,应考虑接头在结构中的受力状态,制定合理的控制参数,从而降低结构的制造成本。

焊接顺序对汽车零件十字接头焊接残余应力及变形影响的数值分析

为了研究焊接顺序对十字接头焊接残余应力及变形的影响,本文基于MSC.Marc大型有限元分析软件,开发了用于模拟焊接温度场、应力场和应变场的热-弹-塑性非线性有限元计算方法。在所开发的计算方法中,采用了双椭球高斯体积移动热源模型来模拟焊接的热输入,以生死单元技术考虑焊缝成形,数值模拟了低合金高强钢Q345的十字型接头焊接残余应力与变形。并考察了焊接顺序对该接头焊接残余应力和变形的影响。结果表明,焊接顺序对十字接头的纵向残余应力有明显的影响;同时对焊接变形也具有一定的影响;但是对横向残余应力无明显的影响。

腐蚀环境中Q420qD钢十字接头的疲劳性能试验与数值研究

钢结构疲劳破坏是交变荷载长期作用下的结果,严重影响结构安全,尤其是腐蚀介质的存在,理论上就更加难以准确估计其破坏时间。采用试验和数值模拟方法,研究了腐蚀环境中Q420qD钢十字接头的疲劳性能。同时,基于S-N曲线法预测了十字接头的疲劳强度,并与相关规范进行对比分析。结果表明:角焊缝焊趾边缘位置含8个腐蚀坑的数值仿真结果与疲劳试验结果吻合度较高,其结果拟合S-N曲线可以作为处于腐蚀环境中10 a的十字接头疲劳寿命预估曲线;GJB 119规范设计曲线能够较好地预估疲劳寿命高于10万次循环的十字接头疲劳寿命,且安全储备较高。

复杂环境中Q420qD高性能钢角焊缝十字接头疲劳性能试验研究

目的研究腐蚀与火灾两环境因素对Q420qD高性能钢角焊缝十字接头疲劳性能的影响。方法进行了三种状况下的十字接头疲劳试验,建立95%存活率S-N曲线,并与现行规范进行比较,对其疲劳特性及疲劳寿命给予评价。结果在95%存活率下,十字接头在仅腐蚀处理和腐蚀与火灾处理时的疲劳极限值分别比无处理时的疲劳极限值低24.85%和17.41%。腐蚀后,疲劳断口裂纹源数量增多;受600℃火灾温度作用后,韧窝尺寸相对更大。结论腐蚀会降低十字接头的疲劳性能,且当火灾温度达到600℃时,火灾温度会提高十字接头的疲劳性能。循环次数高于20万次以上时,EN规范、GBJ规范和GB规范设计曲线分别能较好预估无处理、仅腐蚀处理和腐蚀与火灾处理时的角焊缝十字接头疲劳寿命,且均具有足够的安全储备。腐蚀会增加断口裂纹源数量,600℃火灾温度强化了材料的塑性,且瞬断前断口形貌特征和疲劳位移变化规律皆与疲劳损伤曲线相吻合。

考虑相变的焊接十字接头残余应力的有限元数值分析

焊接残余应力是影响焊接质量的重要因素之一,焊接残余应力主要由热应力和相变应力组成。本文采用ANSYS软件,利用单元生死技术和热—结构耦合方法,模拟了十字接头的焊接及焊后冷却过程,计算分析了考虑相变的焊接残余应力的分布。研究结果表明:焊接过程中,熔池的温度最高,最高温度达到1 515℃;母材部分的温度最低,为室温20℃;随着与焊缝距离的增大,温度逐渐减小。考虑相变的十字接头焊缝和焊缝附近在平行于焊缝和垂直于焊缝两个方向的焊接残余应力均为压缩应力,且最大压缩应力位于焊趾处,约为-500 MPa,说明相变能够有效地降低焊接接头的残余拉伸应力,并且在一定的条件下产生焊接残余压缩应力。

十字接头恒幅和变载荷历程疲劳试验结果及预测

对十字接头分别进行恒幅轴向载荷和变载荷历程疲劳试验，接头疲劳裂纹通常开始发生在焊缝根部，但如果接头变形引起的弯曲应力较大，疲劳裂纹也可能发生在焊缝趾部。本研究试图找出影响焊接接头疲劳寿命各参数之间的相互关系，并利用作者引伸的焊接接头疲劳裂纹起始———扩展模型较精确地预测复杂焊件的疲劳寿命。该模型把疲劳裂纹起始寿命看成是疲劳裂纹萌生、早期生成并聚合成主疲劳裂纹的循环次数，利用应变控制疲劳数据和Ｐａｌｍｇｒｅｎ＿Ｍｉｎｅｒ 线性累积损伤法则以及缺口尖端局部应力应变响应知识计算的。裂纹扩展寿命是利用疲劳裂纹扩展数据和Ｐａｒｉｓ 能量定律进行计算的。将疲劳试验结果与利用分析模型预测的结果相比较，试验与理论吻合良好。该研究还表明，在长寿命范围，裂纹起始寿命是疲劳全寿命的主要部分。

斜十字接头三维焊接残余应力的数值模拟

为研究全熔透焊接十字接头残余应力空间分布特点,分析十字接头焊缝形式对焊接残余应力分布状态的影响,基于温度场和应力场间接耦合方式,对全熔透焊接十字接头残余应力开展了有限元数值模拟研究.采用ANSYS有限元软件,选择Q345C钢材典型热力学参数,构建全熔透焊接十字接头有限元模型,分析得到焊接过程结构温度场分布.将焊接十字接头温度场作为输入条件,基于ANSYS热–力耦合分析得到全熔透焊接斜十字接头三维残余应力场分布.结果表明,全熔透焊接十字接头残余应力峰值主要分布在焊趾和焊根处,焊缝角度变化会对焊缝处残余应力分布带来较大影响.