验证基于ANSYS结果文件的结构应力网格不敏感性

依据有限元计算软件ANSYS的结果文件和VERITY法的理论基础,运用python语言进行编程,通过建立有限元模型,验证了结构应力法网格不敏感性的特性。使用FE-SAFE的VERITY模块计算相同焊趾处的结构应力并进行对比,验证了本文开发的计算程序结果的准确性。

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.

网格不敏感结构应力的焊接疲劳数据分布

为分析网格不敏感结构应力的焊接疲劳S-N数据分布具有高收敛性的机理,基于钛合金焊接接头疲劳试验数据,分别基于名义应力、主S-N曲线法中的结构应力及等效结构应力建立焊接疲劳数据坐标,并以最小二乘法拟合S-N曲线,应用粗糙集分析方法,以接头类型、相对板厚、载荷比、应力比等焊接疲劳主要影响因素作为条件属性,以疲劳数据对于S-N曲线的偏离度作为决策属性,对基于三种应力的焊接疲劳数据分布规律对比分析.结果表明,基于网格不敏感等效结构应力所建立的S-N数据分布更为集中和均匀,在预测焊接接头疲劳寿命方面具有更高的准确性.

基于等效结构应力法的高强钢焊接结构低温主S-N曲线

现有的疲劳S-N曲线已不再适用于北极的低温环境,为了评估北极海洋工程设备材料的低温疲劳寿命,有必要建立金属结构尤其是焊接结构的低温疲劳S-N曲线。本文基于等效结构应力法,计算出Q690高强钢管环焊缝的主S-N曲线,并通过共振疲劳试验对该方法进行了验证。在此基础上,结合大量的高强钢焊接结构试验结果,将温度敏感因子c引入到低温疲劳主S-N曲线的推导中,首次建立了基于低温金属焊接结构的主S-N曲线,并对文献中的疲劳S-N试验数据和ASME中的修正方法进行了对比和验证。结果表明,等效结构应力法能够较准确地计算出焊缝疲劳S-N曲线,推导出的金属焊接结构低温主S-N曲线与试验曲线吻合较好,能够满足低温地区工程要求,可为高强钢焊接结构在北极地区低温环境中的广泛应用提供理论指导。该方法可以为金属焊接结构的低温疲劳研究节省大量的成本,减少非标准试验操作造成的不必要的误差。这对北极海洋工程设备的设计、安全运行和疲劳评估具有重要意义。

等效结构应力法的焊接疲劳评估

为了在设计阶段准确地计算出空间任意走向的焊缝疲劳寿命,采用等效结构应力法对管状T型焊接接头的疲劳寿命进行了评估。建立了3种网格尺寸的管状T型焊接接头有限元模型,并计算结构应力。运用FE-weld疲劳评估软件计算出焊缝处的应力循环次数,并与试验数值进行比较。比较结果表明:等效结构应力法对焊接接头疲劳评估具有网格不敏感性和较高的准确性。

基于结构应力法的焊缝疲劳评估及可视化研究

为解决目前结构应力法疲劳评估软件不具备三维可视化能力,难以满足大型复杂焊接结构快速抗疲劳设计要求的问题,基于结构应力法和三维可视化方法开发了铁路货车焊缝疲劳寿命评估及可视化系统.提出了重构可视化网格模型装配树、有限元数据绘制单元网格模型等方法构建可视化网格模型,采用结构应力法评估焊缝疲劳寿命,并在可视化网格模型上以彩色云图形式绘制疲劳结果.最后以某铁路货车车体焊缝的疲劳寿命评估作为实例,证明了系统的高效性和实用性.

基于遗传算法的网格结构优化方法

为了加快遗传算法的进化过程,提出了基于遗传算法和满应力准则进行网格结构优化的杂交算法.杂交算法能大幅度地减少单纯采用遗传算法进行网格结构优化的解空间,其结果表明杂交算法能明显地加快遗传算法的收敛进程.

因子筛选法在网格结构杆件敏感性分析中的应用

在网格结构的杆件敏感性分析中引入顺序分支法和迭代分式析因设计法,并与传统的一次一因子法、正交试验设计法和蒙特卡罗法等三种方法进行对比分析,为网格结构健康监测中关键杆件的筛选提供了方法应用基础。

基于等效结构应力法的塔吊焊接节点疲劳寿命评估

为了评估塔式起重机焊接节点焊缝处的疲劳性能,以QTZ25塔式起重机为例,利用有限元软件Ansys建立了包含焊缝细节的塔臂焊接节点模型.将模型导入FE-SAFE疲劳分析软件中,通过等效结构应力法完成了网格不敏感结构应力的转换,结合疲劳设计主S-N曲线,对塔臂焊接节点疲劳寿命进行了分析.结果表明:塔臂焊接节点焊缝处所能承受的最大循环次数为104.9459,满足工程需求;等效结构应力法具有网格不敏感性,能够较好地预测塔式起重机焊接节点焊缝处的疲劳寿命.

船舶开口结构应力无网格分析技术研究

文章提出了船舶结构开口处应力分析的无网格分析技术.将船体结构通过简化为板格结构,再将结构离散为独立的离散点,由移动最小二乘法建立离散点的位移场,然后在整个系统内建立起系统控制方程.本文提出的方法由于不涉及到网格划分,避免了有限元法在结构应力高梯度区域分析计算时出现的精度降低等问题.文章最后通过实例计算,并与有限元方法计算的结构进行了比较,得出了本文提出方法的有效性和准确性.

基于结构应力的海底管道悬跨段涡激振动的焊缝疲劳研究

针对涡激响应条件下海底悬跨管道传统焊接疲劳的局限性,本文根据实际海洋工况条件,建立全尺寸海底悬跨管道含焊缝的“Beam-shell”有限元耦合模型,并将网格不敏感的结构应力法与涡激振动理论模型相结合,对相关的疲劳寿命公式拓展,提出适用于含焊缝的悬跨管道涡激振动的疲劳评价模型,使其具有海洋工程特色。结果表明:涡激振动导致的焊缝疲劳不仅取决于流速引起的涡激振动主导区间,而且还与海流流速的分布概率密切相关。在该小流速主导的海域中,由于顺流向涡激振动启动流速较低,更易被激发多模态的涡激振动,反而较横流向涡激振动更危险;横流向涡激振动虽然更剧烈,但启动流速较高,小流速的海况很难激发其响应。另外,该涡激响应的焊接疲劳评价模型具有很好的网格不敏感性,且主S-N曲线不存在选取的主观性,其评价结果可靠。因此,在工程上,可结合该网格不敏感的疲劳评价模型,提高海底管道设计的安全性和可靠性。

基于结构应力法的钢管混凝土焊接接头疲劳评估

裂纹尖端应力的奇异性导致传统疲劳评估法和部分标准对焊接结构疲劳寿命预测精度不够,影响工程结构可靠性。裂纹扩展是焊趾或焊根所在截面外载荷驱动造成的,基于焊缝处力平衡关系提出结构应力法。该方法将单元节点力转换成线力,并综合考虑不同焊接接头类型、板材厚度和加载模式。运用断裂力学理论将微小复杂裂纹扩展至疲劳失效全过程统一起来,以等效结构应力幅值推导出主S-Nd曲线疲劳评估表达式。采用不同单元仿真试件证明了结构应力法具有网格不敏感力学特征,与试验数据对比,焊缝的薄弱位置和实际疲劳裂纹一致,验证了结构应力法具有较高的疲劳预测精度。钢管混凝土焊接结构验证了结构应力法在疲劳寿命评估时具有有效性和可靠性。

ASME Ⅷ-2中结构应力计算方法的由来

ASMEⅧ-2(2007版)针对焊接件的疲劳寿命给出了一个全新的评定方法——基于结构应力的疲劳评定方法,并已被证实具有良好的网格不敏感性,特别适合焊接件焊趾处的疲劳寿命评定。从结构应力的定义出发,推导了结构应力的计算步骤,阐述了规范中公式的由来,并指出了结构应力法网格不敏感性的理论依据。

基于等效结构应力的钢框架焊接梁柱节点低周疲劳评估

在地震作用下钢框架梁柱焊接节点会发生低周疲劳现象,进而导致结构发生破坏。本文基于等效结构应力法提出一种高层钢框架梁柱焊接节点低周疲劳评估方法。首先,结合有限元多尺度模拟方法,建立包含翼缘及腹板焊缝细节的钢框架梁柱焊接节点多尺度模型。其次,利用不同单元尺寸多尺度模型,验证结构应力的网格不敏感特性,进而通过等效结构应力法评估钢框架梁柱焊接节点的疲劳寿命。结果表明,采用等效结构应力法可消除网格的敏感性,在往复荷载作用下,靠近工艺孔焊缝应力水平高于远离工艺孔焊缝,翼缘中心焊缝寿命最低,裂纹最先产生于翼缘焊缝中心处,评估方法为实际工程提供技术支持。

葵花双撑杆型索穹顶预应力及多参数敏感度分析

提出了一种新颖的葵花双撑杆型索穹顶结构,具有斜索数量少、施工张拉成形方便、可有效防止环索滑移等显著特点;基于节点平衡方程,给出了全套预应力态索杆内力的递推计算公式,对结构的下弦环索数、矢跨比、下弦节点位置、是否开设内孔等参数做了72个算例,并验证了预应力态索杆内力计算公式是精确解.分析结果表明,结构预应力态时索杆内力从内圈向外围是成倍递增的;下弦节点位置沿竖向与水平向发生改变后,均使预应力态索杆内力发生较大的变化;矢跨比在0.1~0.2范围内时,矢跨比对索杆内力的影响较小;说明了结构矢跨比、结构中部是否开孔属非敏感性参数,而下弦环索数、下弦节点位置则属敏感性参数,在进行结构设计时应重点考虑.该结构形式的提出为索穹顶的选型、设计计算和施工提供了新方案、新思路.

风荷载下空间网格结构疲劳性能

依据课题组风洞试验测得的风压时程数据,采用梁单元整体模型与壳单元局部模型相结合的方式,对风致振动响应时程进行了分析;基于热点应力法,运用雨流计数法统计了焊接球节点焊趾处热点应力循环历程;根据挪威船级社规范提供的S-N曲线,结合Miner疲劳线性累积损伤理论,计算出空间网格结构构件的疲劳损伤值.计算结果表明,对于小曲率球壳结构,结构中最先出现疲劳损伤的构件位于平均正风压与脉动风压均最大的球壳迎风面;结构中疲劳构件的疲劳损伤值随平均正风压、脉动风压的增大而增大;相同工况下,采用热点应力法对构件进行的疲劳估计相比于名义应力法更偏于安全.

铝合金T形接头三点弯曲疲劳试验及基于等效结构应力的寿命预测

以5A06铝合金T形接头为研究对象,进行了三点弯曲疲劳试验,并建立了相应的有限元模型,应用网格不敏感等效结构应力法,预测了该T形接头的疲劳寿命,并与试验结果进行了对比;针对裂纹扩展指数m的修正,重新计算了该铝合金T形接头的疲劳寿命。结果表明,5A06铝合金T形接头在承受弯曲疲劳载荷的作用下,焊趾处存在较大的应力集中,断裂位置均位于焊趾处;修正后,m=2.62,基于网格不敏感结构应力法预测的疲劳寿命具有一定的准确性。

独立覆盖流形法在水工结构分析中的应用前景

针对水工结构有限元分析中存在的网格剖分困难、计算精度不易控制、成果整理工作量大等问题,采用笔者前期提出的独立覆盖流形法,发展了一系列新的分析技术:基于任意形状、任意连接和任意加密的覆盖网格,在保持结构精确几何外形的条件下进行网格自动剖分,结合计算精度控制和成果自动整理,尝试了无需人工参与的自动计算,并为水工结构工程设计与工程分析的融合打下基础;采用解析解与数值解的联合计算方式,提出了坝踵、裂缝尖端等应力奇异区的求解新思路;基于独立覆盖的梁板壳分析,为精确几何的拱坝分析与体形优化、水工薄壁结构分析开辟了新的路径。将来可在模拟水工结构施工、运行过程及考虑多种非线性的仿真分析中实现自动计算,并借助新方法提供稳定可靠的数值分析成果,以实现水工结构分析的标准化、规范化和自动化。

钢结构焊缝疲劳强度分析技术的最新进展

在平板焊接钢结构焊缝疲劳强度分析中,近年来国外主要发展起了等效结构应力法和表面外推热点应力法2种新方法。等效结构应力法考虑焊趾部位的结构应力集中效应,应用改进线性化法或节点力法分析结构应力,确保计算结果对有限单元类型、网格形状及尺寸的不敏感,从而有效区分不同焊接接头类型的焊趾结构应力集中情形;以结构应力为控制参数计算应力强度因子,在主要考虑焊趾缺口、结构板厚、载荷模式等因素影响基础上,基于断裂力学分析确定与焊缝疲劳寿命直接相关的应力参数,导出等效结构应力转化方程;基于上述应力计算和转化方法对焊缝疲劳试验结果数据进行处理,建立焊缝疲劳强度设计单一主S—N曲线,实现对钢结构焊缝的疲劳强度评定和寿命预测。通过比较分析可知,表面外推热点应力法适用于钢结构焊缝设计阶段的方案比较及方案优化;等效结构应力法较适合对钢结构焊缝最终设计方案进行更为精确的焊缝疲劳强度评定和寿命预测以及不能用表面外推热点应力法进行钢结构焊缝疲劳强度分析时。

赣州西站主体结构动力弹塑性分析

赣州西站主站房为"桥建合一"的线上式高架站房,主体结构采用型钢混凝土框架结构,站房屋面采用空间钢网格结构,其中突出正立面钢结构采用钢网格筒+空间桁架结构。采用有限元软件ABAQUS对整体结构进行动力弹塑性时程分析,其中预应力构件采用等效荷载法进行分析,并在此基础上对关键节点进行有限元分析。分析结果表明,罕遇地震作用下,结构构件性能均满足预期性能目标,关键节点处于弹性,仅局部楼板损伤明显。