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斜拉桥锚拉板区域焊接残余应力试验研究分析

作　者: 王彦博
导　师: 刘小渝；沈小俊
学　校: 重庆交通大学
专　业: 结构工程
关键词: 锚拉板厚板残余应力试验分析
分类号: TG404
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 124次
引　用: 3次
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内容摘要

焊接连接方式所具有的一系列优点使得焊接结构在钢结构中占据越来越重要的地位,现已成为钢桥、大跨度结构、轮机、锅炉、反应堆压力壳等结构设备的关键部位。现代焊接结构正在向大型化和高参数方向发展,对各种复杂形式的厚板焊接需求越加强烈;但是人们对不同的焊接工艺、焊缝形式和焊缝密集区域的焊接残余分布规律并没有透彻的认识,因此也无法精确的分析残余应力对构件力学性能的影响。本文针对这个问题,以重庆观音岩大桥索梁锚固区域焊接残余应力试验研究为主,对复杂情况下的厚板焊接残余应力进行分析研究。首先,本文对焊接的传热过程进行了理论分析,从传热的角度分解电弧焊传热过程和热量流向;再由焊接传热过程的三种基本方式——热传导、对流传热、辐射传热入手分析焊接温度场,介绍了焊接传热过程三种传热形式的数学描述、定解条件及数值计算方法;然后以温度场为基础分析热应力和显微组织变化。本文试验部分针对钢结构斜拉桥索梁锚固区域焊接残余应力较为集中的特点,以重庆江津观音岩大桥索梁锚固区域为研究对象,制作了三个足尺比例的试件,对锚拉板区域相关焊缝的残余应力进行试验研究。研究分析结果表明,锚拉板区域各条主要焊缝都不同程度地存在着焊接残余应力,局部地方接近屈服强度。研究分析了锚拉板区域各类焊缝的残余应力特征、分布规律、产生原因及影响因素,并提出相关的意见和建议,为同类桥梁索梁锚固区域的设计和制作提供科学的依据。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 课题工程背景  8
  1.2 焊接残余应力文献综述  8-10
  1.3 焊接温度场的研究历史和新发展  10-12
  1.4 焊接应力应变过程的研究历史和发展  12-13
  1.5 本文研究的主要内容  13-15
第二章焊接温度场的理论分析  15-35
  2.1 焊接温度场基础知识  15-19
    2.1.1 焊接工艺基础知识  15-16
    2.1.2 焊接热过程的特点  16-17
    2.1.3 焊接传热的基本形式  17-18
    2.1.4 焊接热效率  18-19
    2.1.5 多层焊接热循环的特点  19
  2.2 非稳态热传导  19-27
    2.2.1 导热问题的数学描述  20-22
    2.2.2 定解条件  22-23
    2.2.3 非稳态导热问题的数值解法  23-24
    2.2.4 边界节点的离散方程  24-26
    2.2.5 非稳态导热显式格式离散方程组及稳定性分析  26-27
  2.3 对流传热  27-28
    2.3.1 对流传热问题的数学描述  27-28
    2.3.2 定解条件  28
  2.4 热辐射  28-30
    2.4.1 热辐射基本定律  28-29
    2.4.2 辐射传热系数  29-30
  2.5 相变的影响  30-31
    2.5.1 等温法  30
    2.5.2 比热容突变法  30-31
  2.6 数值分析结果  31-35
    2.6.1 参数定义  31
    2.6.2 网格划分  31-32
    2.6.3 模拟分析结果  32-35
第三章温度应力场的理论分析  35-44
  3.1 残余应力产生的原因  35-36
  3.2 热弹塑性理论本构方程  36-39
    3.2.1 弹性区本构方程  36-37
    3.2.2 塑性区本构方程  37-39
  3.3 虚功原理  39-40
  3.4 弹塑性刚度矩阵及单元应力的计算  40-42
  3.5 载荷增量法的求解过程  42-43
  3.6 关于数值计算  43-44
第四章显微组织状态场  44-52
  4.1 焊缝一次结晶组织的调整与改善  44-47
    4.1.1 一次结晶组织对焊缝性能的影响  44-45
    4.1.2 改善焊缝一次结晶组织的途径  45-47
  4.2 焊缝金属的二次结晶组织  47-52
    4.2.1 低碳钢焊缝的二次结晶组织  47-48
    4.2.2 低合金钢焊缝的二次结晶组织  48-50
    4.2.3 显微组织影响因素  50-51
    4.2.4 改善焊缝二次结晶组织的途径  51-52
第五章磁测法焊接残余应力测试方案  52-73
  5.1 焊接试验材料  52
    5.1.1 母材  52
    5.1.2 焊接材料  52
  5.2 焊接工艺  52-59
    5.2.1 拼板焊缝  52-54
    5.2.2 熔透角焊缝  54-55
    5.2.3 T 型角焊缝  55-56
    5.2.4 焊接前准备  56
    5.2.5 工字梁焊接  56-57
    5.2.6 锚拉板的焊接  57-58
    5.2.7 焊缝检测  58-59
  5.3 磁测法原理  59-69
    5.3.1 磁声发射法（MAE）  60-61
    5.3.2 磁噪声法（BN）  61-66
    5.3.3 磁应变法  66-69
  5.4 试件结构的焊缝情况  69-70
    5.4.1 锚拉板区域焊缝特点  69
    5.4.2 试件的主要板件和焊缝布置  69-70
  5.5 测点布置  70-73
第六章试验测试结果及分析  73-85
  6.1 焊接残余应力测试结果  73-76
  6.2 A 焊缝残余应力分析  76-78
  6.3 B、E 焊缝残余应力分析  78-80
  6.4 C、D 焊缝残余应力分析  80-82
  6.5 焊接残余应力消除方法  82-85
    6.5.1 焊接过程中调节内应力的措施  82-83
    6.5.2 焊后消除残余应力的方法  83-85
结论与展望  85-87
致谢  87-88
参考文献  88-91
在学期间发表的论著及取得的科研成果  91

斜拉桥锚拉板区域焊接残余应力试验研究分析

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