焊接残余应力对空间KX型圆管相贯节点极限承载力的影响

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KX型圆管相贯节点越来越多地出现在各式各样的大跨度空间桁架结构中,由于节点的焊缝比较多,在焊接过程中,不可避免地会产生较大的焊接残余应力。焊接残余应力在某些情况下甚至会达到材料的屈服极限,导致节点的承载力下降,使结构的安全性降低。钢结构设计规范对空间KX型节点的承载力公式未作出明确规定,并且,以往对KX型节点极限承载力的研究未考虑焊接残余应力的影响。因此,为了更好地了解KX型节点的受力性能,本文研究了焊接残余应力对空间KX型圆管相贯节点极限承载力的影响。本文利用ANSYS软件对KX型节点的焊接过程进行模拟与分析,重点研究了焊接温度场、焊接应力场和焊接残余应力对节点极限承载力影响三个方面的问题。通过ANSYS软件的生死单元技术成功模拟了焊接金属的填充过程,得到了焊接温度场的分布规律。然后,对有限元模型定义边界约束,并将温度荷载施加到模型中,从而得到了焊接应力场的变化情况。最后,对考虑残余应力与不考虑残余应力的KX型节点分别施加荷载,得到节点的极限承载力,再通过二者相互比较,研究焊接残余应力对KX型节点极限承载力的影响。本文共选取了26个KX型节点模型进行对比分析,研究内容如下:①定义节点的单元类型与材料属性,建立有限元模型,通过自由与映射相结合的方式划分网格,利用生死单元技术施加焊接热源,并选取合适的荷载子步与时间步长,计算焊接温度场并分析温度场的分布规律;②对节点施加边界约束,并将热分析中求出的节点温度作为载荷施加到模型中,计算焊接应力场并分析应力场的分布规律;③计算KX型节点随主管径厚比γ、支管与主管管径比β及主管与支管轴线夹角θ变化的等效残余应力,得出几何参数对节点焊接残余应力的影响规律;④在X支管受压和受拉两种情况下,分别计算考虑残余应力与不考虑残余应力的KX型节点K支管的极限承载力,并分析残余应力随参数γ、β、θ的变化对K支管极限承载力的影响;⑤计算KX型节点X支管在考虑残余应力与不考虑残余应力下的极限承载力,研究残余应力随参数γ、β、θ的变化对X支管极限承载力的影响。
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