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钢结构梁-柱节点的动态焊接模拟(论文).pdf

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建筑施工 · 第45卷 · 第6期 1239 SCIENTIFI RESEARCH 究 研 科 钢结构梁-柱节点的动态焊接模拟 殷志坚 金晓元 徐亦冬 刘冬艳 李华 1. 浙江省二建建设集团有限公司 浙江宁波 315202; 2. 浙大宁波理工学院土木建筑工程学院 浙江宁波 315100 摘要:以钢结构梁-柱节点作为研究对象,探讨焊接行为对结构稳定性的影响,基于 ABAQUS 软件建立动态焊接有限元 模型,通过“ 生死” 单元技术实现三维热源的移动,引入3种焊接工艺孔,分析焊接过程产生的焊缝区域残余应力及残 余应变分布情况,探讨适宜实际工程的节点焊接工艺。结果表明:焊接行为使节点出现不均匀的残余应力场,残余应 变集中在焊缝端点;适宜具体节点的工艺孔能够有效降低残余应变的数值水平和不均匀性。 关键词:动态焊接;热源;工艺孔;温度场;残余应力 中图分类号: TU755 文献标志码: A 文章编号:1004-1001(2023)06-1239-03 DOl:10.14144/j.cnki.jzsg.2023.06.053 DynamicWelding Simulation SteelStructureBeam-columnJoints YIN Zhijian' JIN Xiaoyuan'XU Yidong LIU Dongyan' LI Hua' 1. Zhejiang Provincial Erjian Construction Group Ltd., Ningbo 315202, Zhejiang, China; 2. School of Civil Engineering & Architecture, Ningbo Tech University, Ningbo 315100, Zhejiang, China Abstract: Taking the steel structure beam-column joint as the research object, the influence of welding behavior on structural stability is discussed. Based on ABAQUS software, a dynamic welding finite element model is established. The 3D heat source is moved through the "birth and death" element technology. Three kinds of welding process holes are introduced to analyze the distribution of residual stress and strain in the weld area generated during the welding process, and the welding process suitable for practical engineering is explored. The results show that, the welding behavior results in an uneven residual stress field at the nodes, with residual strain concentrated at the endpoints of the weld seam; the process holes suitable for specific nodes can effectively reduce the numerical level and non-uniformity of residual strain. Keywords: dynamic welding; heat source: process hole; temperature field; residual stress 钢结构已经被广泛应用于城市建筑、厂房、桥梁等各 种工程领域,其具备材料强度高、质量轻、韧性强、塑性 好等优点。按照施工程序,钢结构建筑需要在现场组装单 个构件,构件间经常采用焊接的方式进行拼装。然而,焊 接行为会造成区域性应力集中以及钢材的塑性增加,钢结 构节点发生脆性断裂的风险随之上升。美国北岭地震和日 本阪神地震中,出现大量因焊接节点断裂引发的钢结构建 筑物倒塌事故,国内外研究者开始关注焊接工艺对钢结构 节点的影响,这类研究主要集中在焊接工艺孔等施焊工艺 的影响上[ -5] 。传统钢结构工程设计中,焊接过程造成的节 点结构性差异容易被忽视。随着计算机技术的进步,可以 利用有限元软件模拟具体工程中的焊接过程。当前大多数 焊接数值模拟研究采用的热源是静态模型,认为焊接过程 的热源稳定不变,然而实际焊接过程中,热源是随时间变 作者简介:殷志坚(1975一),男,本科,高级工程师 通信地址:浙江省宁波市镇海区骆驼街道民和路519号 (315202) 。 电子邮箱:447062420@ qq.com 收稿日期:2023-03-16 化的变量。因此,为了仿真结果能有效指导实际施工,达 到准确预估工程风险的目的,有必要建立包含时间变量的 动态焊接模型。 焊接过程的数值模拟方法逐渐成熟。雷卡林建立了 焊接传热学的理论基础。 Tsai 等[ 7] 利用 TIG 电极作用于通水 冷却的双 D 型铜阳极,通过阿贝尔转换得到径向热流密度 的分布规律,建立了二维高斯热源模型。 Goldak 等[ 8] 加入厚 度方向的热效应,建立三维双椭圆热源模型。 Wen 等[ 9] 进行 厚板埋弧焊的二维和三维焊接过程有限元模拟,成功预测 焊接温度场和残余应力的分布。熊震宇等0基于 ANSYS 有 限元软件,建立吊车梁角焊接过程模型,再现了 T 型接头 焊后残余应力的分布规律和温度场变化。朱敬锋等[ !基于 ABAQUS 软件,经过顺序耦合法动态模拟钢结构梁柱节点 的残余应力场,并将拟静力分析的结果与试验对照,证明 了焊接动态模拟的准确性和必要性。俞树文等[ 12}建立了薄 板动态焊接模型,探讨残余应力对结构振动频率的影响, 发现焊接产生的残余应力提高了构件固有频率。 当前关于动态焊接模拟的研究主要集中在压力容器和 管道等领域,在建筑结构方面相关研究较为缺乏。本文对 某工程中钢结构汽机屋架梁柱结构开展动态焊接模拟,分 1240 2023·6·BuildingCo
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