焊接箱型柱纵向残余应力的几个影响因素
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
．
４４ ＋ ８ ２ Ｅ ０
．
３ ６ ｍ８ ５Ｂ
７２ ０ Ｂｍ ８
３ １ ０ ０ Ｅ＋ ８
．
当放大步 长 ， 到最终 的纵 向残余 应力 和 ＭＩ Ｅ 应 得 Ｓｓ
力 云图见 图 ３ ．
．
１ Ｅ＋Ｏ Ｏ３ ９
．
１５ ０ Ｂ加 ９ １ ｏ “） ４ Ｅ ９
１４ ＋ ９ ７Ｅ ０
Ｓ ＵＮ — ｉ ｇ， ＡＮＧ ａ －ｉ Ｙｕ ｐｎ Ｗ Ｘｉｏｊｅ
（ ｌｅ ｅｏ ｚｌＥｎ ｉｅ ｒｎ Ｌａ ｚ ｏ ｉｅ ｓｔ ｆ Ｓ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ， ｎ ｈ ｕ ７ ０ ５ ， ｈ ｎ ） Ｃｏｌｇ ｆ Ｃｉ・ ｇ ｎ ｅ ｉｇ， ｎ ｈ ｕＵｎ ｖ ｒｉｙ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ Ｌａ ｚ ｏ ３ ０ ０ Ｃ ｉａ ｉ
分别 为 ２ ６Ｇ ａ ３ ４ＭＰ ． １ Ｐ ， １ ａ 焊接 时对 翼缘 的两端 进
行 约束 ． 位 时 间 热 生 成 率 为３ ２ Ｏ Ｊ ｍｓ 焊 接 单 ． ×ｌ 。 ／ ，
模拟焊材的逐步填充［ ． ７ 焊接 移动速率通过 热生成率 ］ 加载的时间步长来控制． 不同时刻的温度场 见图 ２ ．
图 ３ 终 态应 力 云 图／ ａ Ｐ
（ 纵向残 余应力云 图 ａ ） Ｃ） Ｓ Ｓ应 力云图 ｏ ＭＩ Ｅ
Ｂ 、 毯 ｄ
５ ４ ３ ２
叵
１
第２ ３卷
孙 玉萍 等 ： 接 箱 型 柱 纵 向 残余 应 力 的几 个 影 响 因素 焊
８ ５
度 的 增 加 而 减 小 ， 在 ０ ０ ～ ０ １ 有 略 微 上 升 ， 而 ． ５ ． ５Ｌ
１ ５ ’ ７Ｅ ９
．
２ 焊接 顺 序 的 影 响 因素
由于是 斜 对边 的 ２条焊 缝为 一组 同时 焊 ， 在翼
缘 和 腹 板 会 出现 一 侧 先 焊 接 ， 另 一 侧 后 焊 ． 前 焊 而 先
．
２ ８ ４） ４ Ｅ ４９
．
．
３ （ ＋Ｏ ２Ｉ Ｅ ９
．
．
３ ３ ＋Ｏ ９Ｅ ９
８ ４
甘 肃 科 学 学 报
２１ ０ １年
第 ２ 期
Ｔ● ，●
●， 上
速率 为５ｍｍ／． ２次焊 ， ｓ分 斜对边 ２条 焊缝 为一组 ，
＝ 儿 ＝ ＝
焊完一组后 空冷到 １０℃左右 再 焊下 一组 ， ０ 最终 空 冷到常温 ２ ０℃．
１ １ 焊 接 温 度 场 模 拟 ．
ｓｔｒｅｓＳ
ｕ ｔｍａ ｅ ｅ ｒｎ ａ ｃｔ ｔ ｒ ｅ ｄｉ ｅ ｓｏｎ ｌ ｈｅ ｍａ ｌ ｓ ｉ＿ ｌ ｓ ｉｉｙ； ｏｘ ｃ ｌ ｌｉ ｔ ｂ ａ ｉ ｇ ｃ ｐａ ｉｙ； ｈ ｅ ｍ ｎ ｉ ａ ｔ ｒ ｌｅ ａ ｔｃ ｐ ａ ｔｃｔ ｂ ｏ ｕｍｎ； ｅ ｉ ｕ ｌ ｒ ｓｄ ａ
柱 越高起 伏 越 明显 ． 在 ０ ２ ． 之 间应 力 值 变 柱 ． ～Ｏ ８Ｌ 化 平稳 为 ３ ａ左 右。 个 柱子 平 均 应力 值 分别 ６ＭＰ 整
为 ４ ． ６ １ ＭＰａ ４ ． Ｐ 、 １ ３ ＭＰ 、 ０ ７ Ｍ Ｐ ， 、 ４ ２ Ｍ ａ ４ ． ａ ４ ． ａ 随
（ ）忽 略 高 温 发 生 的熔 化 、 固 等 相 变 过 程 ； ２ 凝 （ ）坡 口 和 焊 层 结 构 平 整 ． ３ 焊 箱 型 柱 截 面 尺 寸 如 图 Ｉ所 示 ， 高 ２ ２ 柱 ． ５ｍ． 焊 材 和 母 材 取 相 同 的 弹 性 模 量 和 屈 服 强 度 ， 温 时 常
模 型采用 Ｓ Ｌ Ｄ ０单 元 ， Ｏ Ｉ７ 该单元 有 ８ 个节点且
每个 节点 上有一个 温度 自由度 ． 接 时温度 随 着时 焊
间和空 间都 急剧变化 ， 温度梯度 大 ， 当超过熔 点时将
图 １ 截 面尺 寸／ ｍ ａ ｒ
切线模量和屈 服极 限都设 置 成很 小 的 １ＭＰ ． 源 ａ热 输 入上采 用热生 成率 （ ＨＧＥ 加 载 ， Ｎ） 用单 元生死 法
．
．
２ ２ ｎ 在 柱 子 中 问 部 位 ， 近 翼 缘 边 （ 翼 缘 边 ． ５ｒ ， 靠 距 ０ ． ２ｍ） ～Ｏ ０ 的应 力 值 为 ３ ８ ＭＰ ， 近 中间 （ ０ ａ靠 距翼
缘 边 ０ ０ ～ ０ １ｍ） 一 １ Ｐ ， 压 应 力 ， 力 值 ． ７ ． 是 ０Ｍ ａ 为 应 随着距 边缘距 离 的增 加 而减 小 ， 接 顺 序 的影 响 出 焊
程结构 实验 室就研 究发 现残余 应力 和初始 几何 缺陷
一
样 ， 是影 响受压 构件极 限承载力 的重要 因素［ ． 都 １ ］
焊 接残余 应力 是钢 结构 焊接 时加热 和冷却循 环过 程 中不可避 免 的． 目前钢 结 构 工 程 中对 残余 应力 的考
１ 结 构 模 型 的 建 立
现在应力值 的下降 区域 ， 其差 值在 １ ａ 右 ， ０ＭＰ 左 后 焊 一侧应力值高． 在柱子底 部 ， 近翼缘边 （ 靠 距翼缘边
在结 构 场 分 析 中 将 Ｓ Ｉ ７ ＯＬ Ｄ ０转 换 为 相 应 的
Ｓ Ｉ４ ＯＬ Ｄ ５单元 。 把模 拟好 的温度场 数 据做 为 体荷载
读 入 结 构 分 析 中． 开 大 变 形 选 项 ， 用 Ｆ ｌＮｅ 打 采 ｕｌ ｗ—
布 和抛 物线或 折线 模 型 还有 不 小 的差 距 ， 如果 用更
为 真 实 的 残 余 应 力 来 进 行 构 件 的 承 载 力 分 析 将 得 到
利 用计算 机资 源 的情 况下 得 到较 为 真 实 的结果 ， 将
对 模型 做 以下 简化 ：
（ ）忽 略 焊 接 缺 陷 和 裂 纹 的 形 成 ， 及 蠕 变 和 １ 以
Ｓ ｖ ｒ ｌＩ ｆ ｕ ｎｃ ｎ ｃ ｏ ｓ ｆ ｒ ｔ ｅ Ｌｏ ｇ ｔ ｄ ｎ ｌＲｅ ｉ ａ ｔ ｅ ｓ ｅ ｅ ａ ｎ ｌ ｅ ｉ ｇ Ｆａ ｔ ｒ ｏ ｈ ｎ ｉｕ ｉ ａ ｓｄｕ ｌＳ ｒ ｓ ｏ ｅ ｄ ｄ ＢＯ ｌ ｍ ｎ ｆ Ｗ ｌ ｅ Ｘ Ｃｏ ｕ
硬化 ；
更 精确 的结果． 三维 热弹塑 性 有 限元 法 ［ ４ 使 焊 接 过 程 中 动态
应 力应变 及焊后 残 余应 力 和 变 形 的模 拟 更 为 真实 ． 以节点温 度为基 本未 知量 ， 柱分 成有 限个单 元 ， 把 逐
收稿 日期 ：０ ０ １ － １ ２ １ — １Ｏ
Ｏ ． ８ｍ） 力值 有轻 微起 伏 ， ０ 应 从距 翼缘 边０ ｏ ～ ．２ ０ １ｍ之 间 ， 力 值 逐 渐 降 低 ， ． 应 但并 没有 出现 压应
９１ ３ ４ ３ ５
一 ．
ｔｎＲ ｐ ｓｎ方 法进行 平 衡迭代 并 激活 自适 应 下降 ｏ－ ａｈｏ 功能加快 收敛 ． ］ 采用 双线性 等向强化塑性 分 析 ， 焊 接过程 中荷载 步和 温 度场 完 全匹 配 ， 冷却 过 程 中适
．
２９ Ｏ ０ Ｅ＋ ９
２ ４ Ｏ ４ Ｅ＋ ９
．
４５ ＋ ９ Ｅ Ｏ
５ ３８Ｅ＋（９ ） ６１ ＯＥ加 ９
．
接 产生 的残余应 力 会对 后 面 的焊 接 区域 产 生影 响．
．
２８ Ｏ ７ Ｅ＋ ９
３３ Ｏ ｌ Ｅ＋ ９
柱 底 部 和 中 问 的 残 余 应 力 分 布 如 图 ４所 示 ， 高 柱
由于焊 接 是 一个 极 为复 杂 的过 程 ， 了在 合理 为
虑大多是 直接用 热 轧 成 型 钢 的残 余应 力 模 型 ， 其 将 简化 成抛物 线 或 折 线 形 式ｒ ］ 而 实 际 焊 接 过 程 产 ２ ， 生 的残余应力 是一 个 极 其 复杂 的三 维应 力 场 ， 分 其
档 蛳； 搦量 川 耋 嗽， 骞 伽 … ｍ 蹦 Ｍ ㈣ ！ 薹
（）＝１０ｓ ａ ｔ ５
（） ＝ ０ ｂ ｔ ｌ０ ０ｓ
（）＝ｌ５ ８ｓ ｃｔ ２
（）＝ｌ９ ５ｓ ｄ ｔ ２
图 ２ 不 同 时刻 的 温度 云 图／ｃ ＇
１２ 焊接应 力场模拟 ．
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ： Ｔｈ ｅ ｉ ｕ ｌ ｓ ｒ ｓ ｒ ｄ ｃ ｄ ｂ ｌ ｉ ｇ ｉ ｔ ｅ ｍ ｏ ｔ ｉ ｐ ｒａ ｔ ｆ ｃ ｏ ｆｅ ｔｎ ｈ ｌｉ ｔ ｅ ｒ ｓｄ ａ ｔ ｅ ｓ ｐ ｏ ｕ ｅ ｙ ｗｅ ｄ ｎ ｓ ｈ ｓ ｍ ｏ ｔ ｎ ａ ｔ ｒ ａ ｆ ｃ ｉ ｇ ｔ ｅ ｕ ｔ ｍａ ｅ
ｂｅ ｒｎ ａ ｃ ｔ ｈｅ ｂｏ ｏ ｕ ｎ ａ ｉ ｇ ｃ ｐａ ｉｙ ｏｆｔ ｘ ｃ ｌ ｍ ．Ｂａ ｅ ｎ ＡＮＳＹＳ ｙ ｔ ｍ ， ｈ ｓ ｄｏ ｓ ｓｅ ｔ ｅ ｗｈｏ ｅ ｗｅｄｉ ｇ ｐ ｏｃ ｓ ｓ ｓｍ ｕ ａ ｅ ｙ ｌ ｌ ｎ ｒ ｅ ｓ ｉ ｉ ｌ ｔ ｄ ｂ ｔ ｒ ｅ ｄｉ ｅ ｉ ｎａ ｈｅ ｍａ ｌｓ ｉ— ｌ ｓ ｉ ｉ ｔ ｌ ｍｅ ｅ ｈｏ ．Ｆｒ ｍ ａ ｃ ｌ ｔ ｄ ｒ ｓ ｔ ｏ ｔ ｉｔ ｉ ｈ ｅ ｍ ｎｓｏ ｌｔ ｒ ｌｅａ ｔｃ ｐ ａ ｔｃ ｆｎｉｅ ｅｅ ｎｔｍ ｔ ｄ ｏ ｃ ｌ ｕ ａ ｅ ｅ ｕｌｓ ｗｅ ｋｎ ｗ ｈｅｄ ｓ ｒ— ｂｕ ｉ ｆｔ ｏ ｉｕ ｎ ｌｒ ｓ ｄ ａ ｔ ｅ ｓ Ｔｈ ｅ ｅ ｅ ｏ ｌ ｉ ｎｄ ｄ ｆｅ ｅ ｔ ｎ ｔｏｎ ｏ ｈｅ ｌ ｎｇ ｔ ｄｉ ａ ｅ ｉ ｕ ｌｓ ｒ ｓ ． ｅ ｓ ｑｕ ｎｃ ｆｗｅ ｄ ｎｇ ａ ｉｆ ｒ ｎ ｕｍｂｅ ｓｏｆｗｅｄｅ ａ ｅ ｓ ｒ ｌ ｄ ｌ ｙ ｒ ａ ｅ ｒ ｌ ｔ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｕａ ｔ ｅ ｓ， ｏ ｉ ａ ｏ ｉ ｅ ｓ ｍ ｅ ｒ ｆ ｒ ｎｃ ｓ ｆ ｒｔ ｒ ｃ ｉ ａ ｎ ｎｅ ｒｎｇ ｒ ｅａ ｅ ｏ ｔ ｅ ｒ ｓｄ ｌｓ ｒ ｓ ｓ ｔｃ ｎ ｐｒ ｖ ｄ ｏ ｅ ｅ ｅ ｅ ｏ ｈｅ ｐ ａ ｔｃ ｌｅ ｇｉ ｅ ｉ ． Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：
（ 兰州 理 工 大 学 土 木 工 程 学 院 ， 肃 兰州 ７ ０ ５ ） 甘 ３ ０ ０
摘 要 ： 焊 投 产 王 的 残 余 应 力 是 影 响 受 压 构 件 极 限 承 栽 力 的 重要 因 素． Ａ Ｙ ． 以 ＮＳ Ｓ为 平 台 用 三 维
热 弹塑性 有 限元法模 拟焊接 过程 ， 到 焊接 箱型柱 不 同柱 高下 纵 向残 余应 力的 分布 ， 得 比较 了焊接 顺
早在 ２ Ｏ世 纪 中 后 期 ， 国 Ｌ ｈｇ 美 ｅ ｉｈ大 学 Ｆ ｉ 工 ｒｚ ｔ
步加上 温度增 量 ， 建立起 单元 温度插 值 函数 ， 求解 区
域 上连 续 的温 度 函数 Ｏ ｘ， ， ，） 最终 得 到 焊接 过 （ Ｙ ｚ ￡， 程 中动 态应力 应变 和焊 后残余 应力 变形．
第２ ３卷
第 ２期
甘 肃 科 学 学 报
Ｊ ｕ ｎａ ｆＧａ ｕ Ｓ ｉｎｃ ｓ ｏ ｒ ｌｏ ｎｓ ｃ ｅ ｅ
Ｖｏ ． ３ Ｎｏ ２ １２ ． Ｊ ｎ ２ １ ｕ．０１
２ ｉ年 ６月 ０１
焊 接 箱 型 柱 纵 向残 余 应 力 的 几 个 影 响 因 素
孙 玉 萍 ， 晓 杰 王
序 和不 同焊层 数 ‘ 残夸 应力 的影 响 ， 为焊接 柱 结构设 计提供 了参 考．
关 键 词 ： 极 限 承 栽 力 ； 维 热 弹 塑 性 ； 型 柱 ； 余 应 力 三 箱 残
中 图 分 类 号 ： Ｔ ０ Ｇ４ ４
文 献 标 志 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ４０ ６ （ ０ １ ０ —０ ３０ １ ０ —３ ６ ２ １ ） ２０ ８ —４
４４ ＋ ８ ２ Ｅ ０
．
３ ６ ｍ８ ５Ｂ
７２ ０ Ｂｍ ８
３ １ ０ ０ Ｅ＋ ８
．
当放大步 长 ， 到最终 的纵 向残余 应力 和 ＭＩ Ｅ 应 得 Ｓｓ
力 云图见 图 ３ ．
．
１ Ｅ＋Ｏ Ｏ３ ９
．
１５ ０ Ｂ加 ９ １ ｏ “） ４ Ｅ ９
１４ ＋ ９ ７Ｅ ０
Ｓ ＵＮ — ｉ ｇ， ＡＮＧ ａ －ｉ Ｙｕ ｐｎ Ｗ Ｘｉｏｊｅ
（ ｌｅ ｅｏ ｚｌＥｎ ｉｅ ｒｎ Ｌａ ｚ ｏ ｉｅ ｓｔ ｆ Ｓ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔｅｈ ｏｏ ｙ， ｎ ｈ ｕ ７ ０ ５ ， ｈ ｎ ） Ｃｏｌｇ ｆ Ｃｉ・ ｇ ｎ ｅ ｉｇ， ｎ ｈ ｕＵｎ ｖ ｒｉｙ ｏ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ Ｌａ ｚ ｏ ３ ０ ０ Ｃ ｉａ ｉ
分别 为 ２ ６Ｇ ａ ３ ４ＭＰ ． １ Ｐ ， １ ａ 焊接 时对 翼缘 的两端 进
行 约束 ． 位 时 间 热 生 成 率 为３ ２ Ｏ Ｊ ｍｓ 焊 接 单 ． ×ｌ 。 ／ ，
模拟焊材的逐步填充［ ． ７ 焊接 移动速率通过 热生成率 ］ 加载的时间步长来控制． 不同时刻的温度场 见图 ２ ．
图 ３ 终 态应 力 云 图／ ａ Ｐ
（ 纵向残 余应力云 图 ａ ） Ｃ） Ｓ Ｓ应 力云图 ｏ ＭＩ Ｅ
Ｂ 、 毯 ｄ
５ ４ ３ ２
叵
１
第２ ３卷
孙 玉萍 等 ： 接 箱 型 柱 纵 向 残余 应 力 的几 个 影 响 因素 焊
８ ５
度 的 增 加 而 减 小 ， 在 ０ ０ ～ ０ １ 有 略 微 上 升 ， 而 ． ５ ． ５Ｌ
１ ５ ’ ７Ｅ ９
．
２ 焊接 顺 序 的 影 响 因素
由于是 斜 对边 的 ２条焊 缝为 一组 同时 焊 ， 在翼
缘 和 腹 板 会 出现 一 侧 先 焊 接 ， 另 一 侧 后 焊 ． 前 焊 而 先
．
２ ８ ４） ４ Ｅ ４９
．
．
３ （ ＋Ｏ ２Ｉ Ｅ ９
．
．
３ ３ ＋Ｏ ９Ｅ ９
８ ４
甘 肃 科 学 学 报
２１ ０ １年
第 ２ 期
Ｔ● ，●
●， 上
速率 为５ｍｍ／． ２次焊 ， ｓ分 斜对边 ２条 焊缝 为一组 ，
＝ 儿 ＝ ＝
焊完一组后 空冷到 １０℃左右 再 焊下 一组 ， ０ 最终 空 冷到常温 ２ ０℃．
１ １ 焊 接 温 度 场 模 拟 ．
ｓｔｒｅｓＳ
ｕ ｔｍａ ｅ ｅ ｒｎ ａ ｃｔ ｔ ｒ ｅ ｄｉ ｅ ｓｏｎ ｌ ｈｅ ｍａ ｌ ｓ ｉ＿ ｌ ｓ ｉｉｙ； ｏｘ ｃ ｌ ｌｉ ｔ ｂ ａ ｉ ｇ ｃ ｐａ ｉｙ； ｈ ｅ ｍ ｎ ｉ ａ ｔ ｒ ｌｅ ａ ｔｃ ｐ ａ ｔｃｔ ｂ ｏ ｕｍｎ； ｅ ｉ ｕ ｌ ｒ ｓｄ ａ
柱 越高起 伏 越 明显 ． 在 ０ ２ ． 之 间应 力 值 变 柱 ． ～Ｏ ８Ｌ 化 平稳 为 ３ ａ左 右。 个 柱子 平 均 应力 值 分别 ６ＭＰ 整
为 ４ ． ６ １ ＭＰａ ４ ． Ｐ 、 １ ３ ＭＰ 、 ０ ７ Ｍ Ｐ ， 、 ４ ２ Ｍ ａ ４ ． ａ ４ ． ａ 随
（ ）忽 略 高 温 发 生 的熔 化 、 固 等 相 变 过 程 ； ２ 凝 （ ）坡 口 和 焊 层 结 构 平 整 ． ３ 焊 箱 型 柱 截 面 尺 寸 如 图 Ｉ所 示 ， 高 ２ ２ 柱 ． ５ｍ． 焊 材 和 母 材 取 相 同 的 弹 性 模 量 和 屈 服 强 度 ， 温 时 常
模 型采用 Ｓ Ｌ Ｄ ０单 元 ， Ｏ Ｉ７ 该单元 有 ８ 个节点且
每个 节点 上有一个 温度 自由度 ． 接 时温度 随 着时 焊
间和空 间都 急剧变化 ， 温度梯度 大 ， 当超过熔 点时将
图 １ 截 面尺 寸／ ｍ ａ ｒ
切线模量和屈 服极 限都设 置 成很 小 的 １ＭＰ ． 源 ａ热 输 入上采 用热生 成率 （ ＨＧＥ 加 载 ， Ｎ） 用单 元生死 法
．
．
２ ２ ｎ 在 柱 子 中 问 部 位 ， 近 翼 缘 边 （ 翼 缘 边 ． ５ｒ ， 靠 距 ０ ． ２ｍ） ～Ｏ ０ 的应 力 值 为 ３ ８ ＭＰ ， 近 中间 （ ０ ａ靠 距翼
缘 边 ０ ０ ～ ０ １ｍ） 一 １ Ｐ ， 压 应 力 ， 力 值 ． ７ ． 是 ０Ｍ ａ 为 应 随着距 边缘距 离 的增 加 而减 小 ， 接 顺 序 的影 响 出 焊
程结构 实验 室就研 究发 现残余 应力 和初始 几何 缺陷
一
样 ， 是影 响受压 构件极 限承载力 的重要 因素［ ． 都 １ ］
焊 接残余 应力 是钢 结构 焊接 时加热 和冷却循 环过 程 中不可避 免 的． 目前钢 结 构 工 程 中对 残余 应力 的考
１ 结 构 模 型 的 建 立
现在应力值 的下降 区域 ， 其差 值在 １ ａ 右 ， ０ＭＰ 左 后 焊 一侧应力值高． 在柱子底 部 ， 近翼缘边 （ 靠 距翼缘边
在结 构 场 分 析 中 将 Ｓ Ｉ ７ ＯＬ Ｄ ０转 换 为 相 应 的
Ｓ Ｉ４ ＯＬ Ｄ ５单元 。 把模 拟好 的温度场 数 据做 为 体荷载
读 入 结 构 分 析 中． 开 大 变 形 选 项 ， 用 Ｆ ｌＮｅ 打 采 ｕｌ ｗ—
布 和抛 物线或 折线 模 型 还有 不 小 的差 距 ， 如果 用更
为 真 实 的 残 余 应 力 来 进 行 构 件 的 承 载 力 分 析 将 得 到
利 用计算 机资 源 的情 况下 得 到较 为 真 实 的结果 ， 将
对 模型 做 以下 简化 ：
（ ）忽 略 焊 接 缺 陷 和 裂 纹 的 形 成 ， 及 蠕 变 和 １ 以
Ｓ ｖ ｒ ｌＩ ｆ ｕ ｎｃ ｎ ｃ ｏ ｓ ｆ ｒ ｔ ｅ Ｌｏ ｇ ｔ ｄ ｎ ｌＲｅ ｉ ａ ｔ ｅ ｓ ｅ ｅ ａ ｎ ｌ ｅ ｉ ｇ Ｆａ ｔ ｒ ｏ ｈ ｎ ｉｕ ｉ ａ ｓｄｕ ｌＳ ｒ ｓ ｏ ｅ ｄ ｄ ＢＯ ｌ ｍ ｎ ｆ Ｗ ｌ ｅ Ｘ Ｃｏ ｕ
硬化 ；
更 精确 的结果． 三维 热弹塑 性 有 限元 法 ［ ４ 使 焊 接 过 程 中 动态
应 力应变 及焊后 残 余应 力 和 变 形 的模 拟 更 为 真实 ． 以节点温 度为基 本未 知量 ， 柱分 成有 限个单 元 ， 把 逐
收稿 日期 ：０ ０ １ － １ ２ １ — １Ｏ
Ｏ ． ８ｍ） 力值 有轻 微起 伏 ， ０ 应 从距 翼缘 边０ ｏ ～ ．２ ０ １ｍ之 间 ， 力 值 逐 渐 降 低 ， ． 应 但并 没有 出现 压应
９１ ３ ４ ３ ５
一 ．
ｔｎＲ ｐ ｓｎ方 法进行 平 衡迭代 并 激活 自适 应 下降 ｏ－ ａｈｏ 功能加快 收敛 ． ］ 采用 双线性 等向强化塑性 分 析 ， 焊 接过程 中荷载 步和 温 度场 完 全匹 配 ， 冷却 过 程 中适
．
２９ Ｏ ０ Ｅ＋ ９
２ ４ Ｏ ４ Ｅ＋ ９
．
４５ ＋ ９ Ｅ Ｏ
５ ３８Ｅ＋（９ ） ６１ ＯＥ加 ９
．
接 产生 的残余应 力 会对 后 面 的焊 接 区域 产 生影 响．
．
２８ Ｏ ７ Ｅ＋ ９
３３ Ｏ ｌ Ｅ＋ ９
柱 底 部 和 中 问 的 残 余 应 力 分 布 如 图 ４所 示 ， 高 柱
由于焊 接 是 一个 极 为复 杂 的过 程 ， 了在 合理 为
虑大多是 直接用 热 轧 成 型 钢 的残 余应 力 模 型 ， 其 将 简化 成抛物 线 或 折 线 形 式ｒ ］ 而 实 际 焊 接 过 程 产 ２ ， 生 的残余应力 是一 个 极 其 复杂 的三 维应 力 场 ， 分 其
档 蛳； 搦量 川 耋 嗽， 骞 伽 … ｍ 蹦 Ｍ ㈣ ！ 薹
（）＝１０ｓ ａ ｔ ５
（） ＝ ０ ｂ ｔ ｌ０ ０ｓ
（）＝ｌ５ ８ｓ ｃｔ ２
（）＝ｌ９ ５ｓ ｄ ｔ ２
图 ２ 不 同 时刻 的 温度 云 图／ｃ ＇
１２ 焊接应 力场模拟 ．
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ： Ｔｈ ｅ ｉ ｕ ｌ ｓ ｒ ｓ ｒ ｄ ｃ ｄ ｂ ｌ ｉ ｇ ｉ ｔ ｅ ｍ ｏ ｔ ｉ ｐ ｒａ ｔ ｆ ｃ ｏ ｆｅ ｔｎ ｈ ｌｉ ｔ ｅ ｒ ｓｄ ａ ｔ ｅ ｓ ｐ ｏ ｕ ｅ ｙ ｗｅ ｄ ｎ ｓ ｈ ｓ ｍ ｏ ｔ ｎ ａ ｔ ｒ ａ ｆ ｃ ｉ ｇ ｔ ｅ ｕ ｔ ｍａ ｅ
ｂｅ ｒｎ ａ ｃ ｔ ｈｅ ｂｏ ｏ ｕ ｎ ａ ｉ ｇ ｃ ｐａ ｉｙ ｏｆｔ ｘ ｃ ｌ ｍ ．Ｂａ ｅ ｎ ＡＮＳＹＳ ｙ ｔ ｍ ， ｈ ｓ ｄｏ ｓ ｓｅ ｔ ｅ ｗｈｏ ｅ ｗｅｄｉ ｇ ｐ ｏｃ ｓ ｓ ｓｍ ｕ ａ ｅ ｙ ｌ ｌ ｎ ｒ ｅ ｓ ｉ ｉ ｌ ｔ ｄ ｂ ｔ ｒ ｅ ｄｉ ｅ ｉ ｎａ ｈｅ ｍａ ｌｓ ｉ— ｌ ｓ ｉ ｉ ｔ ｌ ｍｅ ｅ ｈｏ ．Ｆｒ ｍ ａ ｃ ｌ ｔ ｄ ｒ ｓ ｔ ｏ ｔ ｉｔ ｉ ｈ ｅ ｍ ｎｓｏ ｌｔ ｒ ｌｅａ ｔｃ ｐ ａ ｔｃ ｆｎｉｅ ｅｅ ｎｔｍ ｔ ｄ ｏ ｃ ｌ ｕ ａ ｅ ｅ ｕｌｓ ｗｅ ｋｎ ｗ ｈｅｄ ｓ ｒ— ｂｕ ｉ ｆｔ ｏ ｉｕ ｎ ｌｒ ｓ ｄ ａ ｔ ｅ ｓ Ｔｈ ｅ ｅ ｅ ｏ ｌ ｉ ｎｄ ｄ ｆｅ ｅ ｔ ｎ ｔｏｎ ｏ ｈｅ ｌ ｎｇ ｔ ｄｉ ａ ｅ ｉ ｕ ｌｓ ｒ ｓ ． ｅ ｓ ｑｕ ｎｃ ｆｗｅ ｄ ｎｇ ａ ｉｆ ｒ ｎ ｕｍｂｅ ｓｏｆｗｅｄｅ ａ ｅ ｓ ｒ ｌ ｄ ｌ ｙ ｒ ａ ｅ ｒ ｌ ｔ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｕａ ｔ ｅ ｓ， ｏ ｉ ａ ｏ ｉ ｅ ｓ ｍ ｅ ｒ ｆ ｒ ｎｃ ｓ ｆ ｒｔ ｒ ｃ ｉ ａ ｎ ｎｅ ｒｎｇ ｒ ｅａ ｅ ｏ ｔ ｅ ｒ ｓｄ ｌｓ ｒ ｓ ｓ ｔｃ ｎ ｐｒ ｖ ｄ ｏ ｅ ｅ ｅ ｅ ｏ ｈｅ ｐ ａ ｔｃ ｌｅ ｇｉ ｅ ｉ ． Ｋｅ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：
（ 兰州 理 工 大 学 土 木 工 程 学 院 ， 肃 兰州 ７ ０ ５ ） 甘 ３ ０ ０
摘 要 ： 焊 投 产 王 的 残 余 应 力 是 影 响 受 压 构 件 极 限 承 栽 力 的 重要 因 素． Ａ Ｙ ． 以 ＮＳ Ｓ为 平 台 用 三 维
热 弹塑性 有 限元法模 拟焊接 过程 ， 到 焊接 箱型柱 不 同柱 高下 纵 向残 余应 力的 分布 ， 得 比较 了焊接 顺
早在 ２ Ｏ世 纪 中 后 期 ， 国 Ｌ ｈｇ 美 ｅ ｉｈ大 学 Ｆ ｉ 工 ｒｚ ｔ
步加上 温度增 量 ， 建立起 单元 温度插 值 函数 ， 求解 区
域 上连 续 的温 度 函数 Ｏ ｘ， ， ，） 最终 得 到 焊接 过 （ Ｙ ｚ ￡， 程 中动 态应力 应变 和焊 后残余 应力 变形．
第２ ３卷
第 ２期
甘 肃 科 学 学 报
Ｊ ｕ ｎａ ｆＧａ ｕ Ｓ ｉｎｃ ｓ ｏ ｒ ｌｏ ｎｓ ｃ ｅ ｅ
Ｖｏ ． ３ Ｎｏ ２ １２ ． Ｊ ｎ ２ １ ｕ．０１
２ ｉ年 ６月 ０１
焊 接 箱 型 柱 纵 向残 余 应 力 的 几 个 影 响 因 素
孙 玉 萍 ， 晓 杰 王
序 和不 同焊层 数 ‘ 残夸 应力 的影 响 ， 为焊接 柱 结构设 计提供 了参 考．
关 键 词 ： 极 限 承 栽 力 ； 维 热 弹 塑 性 ； 型 柱 ； 余 应 力 三 箱 残
中 图 分 类 号 ： Ｔ ０ Ｇ４ ４
文 献 标 志 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ４０ ６ （ ０ １ ０ —０ ３０ １ ０ —３ ６ ２ １ ） ２０ ８ —４