对接接头焊趾应力集中有限元分析

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$,!#&,% #&,!##,% #’,%#!,%#(,% $ ")**+取值为 (#" #$&#$!#&%#&!##% #’% % 本文以应力集中点的最大主应力
与该处横截面平均应力之比作为应力集中系数 % 因对称性 " 模型以焊缝中心截面为对称面 " 取一半进 行计算 %
&,$,& 计算结果
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第 & 卷第 Z 期 "##% 年 !# 月
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船舶力学
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对接接头焊趾应力集中有限元分析
张 毅 !!黄小平 !! 崔维成 "! 卞如冈 "
!! 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院 " 上海 "###$# #" 中国船舶科学研究中心 " 江苏 无锡 "!%#&" $ 摘要 ! 研究焊缝几何参数对应力集中的影响 " 对于提高焊接结构疲劳强度有重要的意义 % 本文采用有限元方法 " 计算了双侧对称加强高和单侧加强高的对接接头焊趾处的应力集中系数 " 分析了几个主要参数 " 包括焊趾倾角 & 焊趾过渡圆弧半径和板厚对于应 力集中系数的影响 " 研究了焊趾处应力集中沿板厚方向 的 变 化 情 况 " 在 分 析 大 量计算结果的基础上给出了估算两种形式的对接接头应力集中系数的经验公式 % 结果表明 " 减小焊趾倾角 " 增大 过渡圆弧半径 " 可以减缓焊趾处截面形状的变化 " 改善焊趾处的应力集中 # 板厚的增加 使得应 力 集 中 系 数 增 大 % 并且单侧加强高的对接接头应力集中系数小于双侧对称加强高对接接头的 " 其减小幅度只与 ! 有关 % 关键词 ! 焊接 # 对接接头 # 几何参数 # 应力集中系数 中图分类号 ! ’((!)*" 文献标识码 ! +
数范围 "! 在 "E"左右 " $ 在 "// 左右 # 为更加全面地考察几何参数 !&$ &" 对焊趾处应力集中系数的影
万方数据
第!期
张 毅等 ! 对接接头焊趾应力集中有限元分析
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! 有限元计算与分析处理
!"# 双侧对称加强高对接接头
在以往的研究中 "采用的计算模型包括双侧对称加强高模型 " 单侧加强高模型以及双侧不对称加 强高模型 # 考虑到后一种的应力集中情况介于前两种之间 " 本文采用前两种模型分别进行计算 # 图 & 中 $*+ 为双侧对称加强高对接接头简化计算模型 # 有限元单元采用四边形八节点单元 "并在应力集中区 域细化网格 " 同时为提高计算精度 " 在必要区域不排除三角形单元的产生 " 这一点由有限元软件自由 控制 # 图 , 为网格划分示意图 "最小单元尺寸为 -.-$// # 材料的弹性模量 &0,.&!&-$ 12//," 泊松比 "0
-.,3 # 载荷为均匀拉伸载荷 "利用弹性力学平面问题有限元计算程序在平面应变条件%4(下进行计算 #
图 & 有限元计算模型
图 , 有限元网格划分图
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".&.& 计算内容 文献 %$( 采用板厚 "0"-// 的焊件 "! 和 $ 均取了四个值进行分析 ’ 而文献 %)( 所分析的焊件几何参
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9 前 言
焊接结构在船舶与海洋结构物中已得到广泛的应用 " 该结构最常见的焊接接头形式为对接接头 % 收稿日期 ’"##%T#*T#(
作者简介 ’ 张 毅 !!Y*(T(" 男 " 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院硕士研究生 %
万方数ຫໍສະໝຸດ Baidu
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船舶力学
第 # 卷第 $ 期
接头焊趾处由于截面突变 ! 结构形状失去均匀性而引起的应力集中 " 是导致焊接结构断裂和疲劳破坏 的重要原因 " 并且疲劳裂纹往往萌生于焊趾处 " 因此 " 研究各种因素对于接头应力集中的影响 " 对于准 确地计算焊趾处的应力分布 "提高疲劳寿命预测精度有实际意义 # 同时对于焊接过程中改进设计和加 工工艺 $包括焊后处理工艺 %"降低应力集中系数 "提供了理论依据 # 采用有限元方法对焊接接头进行应力分析 " 考察几何参数对于应力集中系数 !" 的影响 " 国内外都 有这方面的研究%&’$(# 文献 %$( 采用有单侧加强高的对接接头计算模型 "考虑了焊趾过渡圆弧半径 # 和焊 趾倾角 ! 对 !" 的影响 "给出了估算 !" 的经验公式 # 但计算数据较少 " 没有涉及板厚 " 对于 !" 的影响 # 文献 %)( 测量了对接接头的主要外形尺寸 " 经统计分析 " 在一定几何参数范围内 " 计及 ! &$ 和 " 的影响 " 给出了估算双侧对称加强高的对接接头 %" 的经验公式 # 本文在已有研究的基础上 " 扩展了几何参数的取值范围 " 分别对双侧对称加强高和单侧加强高的 对接接头进行了研究 # 影响接头应力集中系数的因素很多 " 如焊趾倾角 & 焊趾过渡圆弧半径 & 板厚 & 焊 缝加强高 &焊缝宽度等 # 本文假定不存在残余应力和其他焊接缺陷 " 选取几个主要几何参数 $! &$ &" % 进 行研究 "经过大量有限元计算数据分析 "给出了估算两种对接接头的应力集中系数的经验公式 # 考察焊趾处应力集中沿板厚方向的变化情况 " 对于研究焊趾处裂纹的扩展以及接头的疲劳寿命 非常必要 # 这方面的论述较少 " 本文对此做了研究 " 并给出了估算沿板厚方向上应力集中系数的经验 公式 #
万方数据
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第 , 卷第 & 期
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