钢结构残余应力测定中应力释放系数的有限元分析
钢结构的有限元分析报告

2 受料仓与给料机的钢结构有限元分析2.1建立有限元模型如图2.1破碎站主视图和图2.2破碎机布置图,它的工作过程是:卸料卡车间歇把最大入料粒度为1500mm的煤块倒入受料仓,受料仓存储大粒度煤块。
刮板给料机把受料仓的大粒度的煤块连续的刮给破碎平台的破碎机。
破碎机把最大入料粒度为1500mm 的煤块破碎成最大排料粒度为300mm的煤块,煤块由底部的传送带传出。
图2.1 破碎站主视图图2.2 破碎机布置图破碎站钢结构的弹性模量E=200000MPa,泊松比μ=0.3,质量密度ρ=7.8×10-3kg/cm3。
破碎站由支撑件H型钢和斜支撑(角钢)组成。
在结构离散化时,由于角钢和其它部位铰接,铰接是具有相同的线位移,而其角位移不同。
承受轴向力,不承受在其它方向的弯矩,相当于二力杆,所以H型钢用梁单元模拟,角钢用杆单元模拟。
破碎站是由受料仓与给料机和破碎平台与控制室两部分组成,故计算时是分别对这两部分进行的。
离散后,受料仓和给料机共686个单元,其中梁单元598 个,杆单元88个,节点总数为597个,有限元模型如图2.3和图2.4所示。
图2.3 受料仓与给料机有限元模型图2.4 受料仓与给料机有限元模型俯视图2.2载荷等效计算2.2.1主要结构截面几何参数破碎站主要结构采用H型钢梁,截面尺寸如图2.5所示,各截面横截面积A,截面惯性矩Iy ,Iz和极惯性矩I如下。
图2.5 截面尺寸料仓及给料机支撑结构料仓及给料机六根支撑立柱(H500×400×12×20)A= 215.2mm2,I y=101947×104mm4,I z=21340×104mm4,I=240×104mm4料仓B-B面横梁和给料机E-E、F-F面横梁(H400×300×12×20)A=16320mm2,I y=48026×104mm4,I z=9005×104mm4,I=181×104mm4料仓C-C面和D-D面横梁(H400×400×12×20)A=20320mm2,I y=62479×104mm4,I z=21339×104mm4,I=234×104mm4给料机两根纵梁(H550×400×12×20)A=22120mm2,I y=125678×104mm4,I z=21341×104mm4,I=243×104mm4给料机六根横梁(H400×400×12×20)A=20320mm2,I y=62479×104mm4,I z=21339×104mm4,I=234×104mm4其它横梁(H400×300×12×20)A=16320mm2,I y=48026×104mm4,I z=9005×104mm4,I=181×104mm4斜支撑的横截面积∠125×12:A=2856mm2∠75× 6:A=864mm22.2.1实际载荷情况给料机自重载荷:65000kg相对应立柱梁单元局部坐标z轴的弯矩如图2.18所示,最大弯矩位于B-B面中风载作用面的立柱,底部最大弯矩0.126×108N·mm,在B-B面拉筋连结点处弯矩数值为-0.196×108N·mm,D-D面第一根水平横梁处弯矩为0.25563×108N·mm,图2.18 局部坐标z轴的弯矩图对应的应力如图2.19所示,B-B面中风载作用面立柱底部应力为19.625MPa,底部连结点处应力为30.605MPa,D-D面第一根水平横梁处应力为24.024MPa。
钢结构残余应力的测试与分析

钢结构残余应力的测试与分析郭应征【摘要】用实验分析的方法对钻孔法中构件应力的大小、应变片粘贴位置以及钻孔深度对测试灵敏度系数的影响进行了分析,并给出了相应的函数拟合曲线,为采用钻孔法对钢结构残余应力进行测试与分析提供了实验依据.【期刊名称】《工程与试验》【年(卷),期】2010(050)004【总页数】3页(P13-14,42)【关键词】钻孔法;残余应力;灵敏度系数【作者】郭应征【作者单位】金肯职业技术学院,建筑与土木工程系,江苏,南京,211156【正文语种】中文【中图分类】TG4041 引言在钢构件的加工和焊接过程中,很容易产生残余应力。
由于残余应力的产生状况与构件的形状、尺寸以及焊接工艺等诸多因素有关,情况非常复杂,因此对残余应力进行准确测量和分析十分困难。
事实上,钢构件的残余应力的大小和分布状态对钢结构的脆性破坏、疲劳失效、应力腐蚀开裂都会产生重要影响。
工程中一些钢结构事故的统计分析表明,残余应力的影响是造成结构失效的重要原因。
因此,对钢构件内部的残余应力进行测试分析和安全评估是十分重要和必要的。
钻孔法是在有残余应力的钢构件表面钻孔,再根据孔周围部分的变形求出残余应力的方法。
该方法由德国学者 T.Mathar于1934年提出,经过半个世纪的发展,使得测量精度越来越高。
1981年,美国材料实验协会首次颁布了ASTM标准E837-81“用钻孔法应变测量决定残余应力的标准方法”,标志着钻孔法已进入工业应用阶段。
钻孔法不像无损检测法那样需要特殊的装置,而对母材的损伤程度又远不及其他一些有损检测方法,且简单易行、测量精度较高,因而在我国得到广泛的应用。
2 测试分析方法目前,我国最常用的钻孔法是Riparbelli法,即利用校正实验求残余应力的方法[1-2]。
如图1所示,在处于单向应力状态下的钢板上钻孔,设钻孔后应变片A的应变输出为A,则应力可由下式求得:图1 钻孔法示意图其中,KA为测试灵敏度系数,可通过已知荷载下的标定实验测出。
有限元分析中的应力

你真的了解有限元分析中的“应力”吗Feaforall虽然在有限元分析中我们常常会用到软件后处理程序得出的应力值(stress),但其实应力有很多值得我们研究的地方。
如果我们把作用于物体的力产生的各处应力汇总起来,那么应力也就像流体分析CFD中的速度或者压力一样形成应力场“流过”物体,我们抓取感兴趣的地方来进行强度的评估。
然而,由于应力状态变化复杂,并不好在3D单元中进行可视化,所以我们更需要根据软件已有的功能来探究应力的意义。
1. 几乎所有的有限元分析结果中,默认的应力结果是冯米斯应力(Von Mises),冯米斯应力是一个标量结果,并没有力的方向性指示。
学过材料力学的应该知道还有一种应力是主应力(principle stress),主应力是矢量,某些情况下也是非常有用的,那么他们之间有什么区别?2.物理内部的受力在不同部位都不一样,我们怎样尽可能多的去研究内部力场的不同特性并且通过软件可视化出来呢?下面我们将探究上面的两个问题。
什么是应力?首先我们先说说什么是应力。
众所周知,应力(stress)是单位面积上作用的力(forces)。
我们并不好感知或者测量应力,但力(force)是实实在在的,我们可以很好的感知和测量。
物质总是由原子构成的,从原子的维度看,原子之间相吸或者相斥。
物体在没有受力的状态下,原子处于自然状态,所有的力互相平衡,如果物体受到外部力的作用,原子就会偏离平衡位置去寻找新的平衡位置来平衡外部力。
如下图所示,相同长度L上分别有两排5对的原子和两排6对的原子,如果假设原子之间的吸引力相同,那么单位长度上6对原子的应力要比5对的大,扩展到宏观的3D情形同样适用。
力和应力单元微积分学科的发展可以使我们通过数学运用无限(无限大或者无限小)的原理来处理很多实际问题,宏观物体的受力是微观单元的叠加。
在材料力学中,我们把一个无限小的立方体(cube)单元来描述某一点的受力情况。
为什么无限小呢?因为由于无限小,小到物体内部力是均匀的,没有应力变化,只有一种应力状态。
焊接残余应力有限元分析技术研究

1 前言焊接在工业中的应用是不言而喻的,但同时焊接过程中产生的残余应力往往又会导致焊接失效。
因此,在工业中一般都要对残余应力进行消除,但这种消应力处理往往在实际结构或环境中难以实现,就必须进行破坏性分析。
随着我国核反应堆的建设及运行,核级设备及管道会出现较多的缺陷,有的缺陷必须进行打磨后焊接修复,同时要进行力学分析评价,此时,力学分析就必须考虑由焊接而产生的残余应力。
对于焊接后结构中的残余应力大小及分布,会因结构形式、焊接方式及材料特性的不同而不同。
某核电站控制棒驱动机构(CRDM )耐压壳上部Ω环连续两年都出现了泄漏,并在检修期间进行焊接修复。
焊接公司委托美国公司对修复后的结构进行了力学分析和评定。
焊接残余应力的有限元计算是关键技术之一,也是难点。
通过本课题的研究,掌握有限元模拟焊接过程及残余应力计算,能够提高我国焊接修复工程缺陷的分析能力,优化不符合项的处理程序,达到既节约时间和资金又满足工作性能和安全性能的目的。
因此,进行焊接残余应力有限元分析技术的研究是非常有必要的。
2 焊接实例本文以某核电站CRDM 耐压壳Ω焊接为研究对象,分析研究焊接后的残余应力分布。
CRDM 耐压壳包括上段是驱动杆行程套管和下段的密封壳。
驱动杆行程套管与密封壳采用螺纹连接,Ω焊接密封的结构进行连接和密封。
驱动杆行程套管的上端采用端塞,通过螺纹连接,Ω焊接密封的结构进行密封。
CRDM 耐压壳采用的这种密封结构形式是一种便于拆装的焊接密封结构,由于其内力的整体平衡主要由连接螺纹承担,Ω焊缝功能上主要起密封作用。
其结构及尺寸见图1 和图2。
图1 辐照监督管位置图图2 密封焊缝的结构尺寸图对CRDM 耐压壳上的Ω密封焊缝的修复采用OVERLAY 修复技术。
即在出现泄漏的Ω密封焊缝(CSW )处,经打磨后用GTAW 方法堆焊INCONEL 52 。
从采用OVERLAY 技术修复CRDM Ω密封焊缝的总报告[1]可知:(1)堆焊两层,每层厚度为2.032mm(0.08in ),总厚度为4.064mm(0.16in )。
建筑钢结构焊接残余应力的有限元预测与控制3篇

建筑钢结构焊接残余应力的有限元预测与控制3篇建筑钢结构焊接残余应力的有限元预测与控制1建筑钢结构焊接残余应力的有限元预测与控制建筑钢结构作为施工中常用的一种结构材料,在工程中扮演着至关重要的角色。
随着工程结构的不断复杂化和精度的提高,建筑钢结构在建设中所遭受的挑战也越来越多。
其中,建筑钢结构焊接残余应力的问题已经成为制约其使用的重要性问题之一。
焊接残余应力会导致结构失去平衡、刚度降低、易发生疲劳断裂和变形,甚至引发塑性坍塌等重大事故,因此建筑钢结构焊接残余应力的预测与控制显得十分必要。
有限元方法是当下理论分析的一种重要方法,它将一个复杂的结构分割成有限个单元,用数学模型对每一个单元进行分析。
通过运用计算机模拟技术,可以对建筑钢结构焊接残余应力进行有限元模型计算,既能够确定焊接残余应力的大小和分布情况,也可通过改变焊接工艺和条件的相应参数,从而实现焊接残余应力的控制的目的。
建筑钢结构焊接残余应力的预测与控制,离不开正确的计算方法和理论支持。
首先需要标准化设计和施工操作,遵守焊接规范和标准,保证焊接工艺符合设计和建设要求。
同时还应根据工程实际情况进行参数分析和优化设计,确保结构牢固、稳定,最大程度地减少焊接残余应力对建筑钢结构的危害。
对于建筑钢结构的设计者和工人而言,掌握一定的实际技能及理论知识显得尤为重要。
他们需要对材料的物理特性和焊接工艺进行充分了解,熟练掌握相关的计算方法和理论,从而能在实践中发挥更大的作用。
在建筑钢结构施工过程中,应配备专业焊接技术人员,使用适当的材料和设备,采用有效的检测和控制措施,来降低建筑钢结构焊接残余应力的风险。
总之,建筑钢结构焊接残余应力的有限元预测和控制是现代建筑工程中一项非常重要的技术,它对于保障人民生命财产安全起到了至关重要的作用。
随着建筑行业的不断发展,有限元方法也将不断完善,我们有理由相信,通过我们的不懈努力,建筑结构焊接技术必将取得更好的发展与应用在建筑钢结构焊接工程中,焊接残余应力是一个非常重要的问题。
钢结构焊接中的残余应力分析方法

能够兼顾计算精度和计算效率,适用于大型复杂 焊接结构的残余应力分析。
03
钢结构焊接中的残余应力测量技术
X射线衍射法
01
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原理
利用X射线在晶体中的衍射现 象,通过测量衍射角的变化来 计算残余应力。
优点
非破坏性测量,对试样无损伤 ,可测量小区域和复杂形状的 构件。
缺点
设备昂贵,操作复杂,需要专 业人员进行操作和分析。
将数值模拟得到的残余应力分布结果与实验结果 进行对比分析,验证模拟的准确性。
模拟结果优化
针对误差来源进行模拟结果的优化和改进,提高 数值模拟的精度和可靠性。
ABCD
误差来源分析
分析数值模拟中可能存在的误差来源,如模型简 化、材料参数不准确等,并提出改进措施。
工程应用探讨
探讨数值模拟在钢结构焊接残余应力分析中的工 程应用前景和局限性。
原理
利用超声波在材料中的传播速 度与应力之间的关系,通过测 量超声波传播速度的变化来计
算残余应力。
优点
设备相对简单,操作方便,可 实现在线测量。
缺点
对材料表面粗糙度和温度等因 素敏感,测量结果易受干扰。
应用范围
适用于各种金属材料和构件的 表面残余应力测量。
应变片法
原理
在构件表面粘贴应变片,通过测量应 变片电阻值的变化来计算残余应力。
求解过程
采用合适的数值方法求解边界积分方 程,得到焊接过程中的温度场和应力
场分布。
材料本构关系与热源模拟
定义材料的本构关系和焊接热源模型 ,以模拟焊接过程中的热力学行为。
结果分析与验证
对求解结果进行可视化处理和数据分 析,评估残余应力的分布和影响,并 与实验结果进行对比验证。
8--钢桥整体节点焊接残余应力三维有限元分析

文章编号:1003-4722(2009)04-0028-04钢桥整体节点焊接残余应力三维有限元分析瞿伟廉,何 杰(武汉理工大学道路桥梁与结构工程湖北省重点实验室,湖北武汉430070)摘 要:钢桥整体节点最常见的问题是焊缝处出现疲劳裂纹,焊接残余应力是重要影响因素之一。
在大型有限元软件ANS YS 的基础上,开发了相应的焊接程序,选用三维实体单元,考虑材料物理性能随温度和相变的影响,采用内部生热的加载方法模拟焊接热源的移动,运用单元生死技术模拟多道焊过程,获得了焊接温度场和应力场的动态变化过程,并对计算结果进行了分析。
关键词:钢桥;桁架桥;整体节点;焊接残余应力;温度场;应力场;有限元分析中图分类号:U448.38文献标志码:AThree 2Dimensional Finite E lement Analysis of Welding R esidu al Stress in Integral Panel Point of Steel B ridgeQU Wei 2lia n ,He J ie(Key Laboratory of Roadway Bridges and Structural Engineering of Hubei Province ,Wuhan University of Technology ,Wuhan 430070,China )Abstract :The most common p roblem of t he integral panel point of a steel bridge is t he fa 2tigue cracks occurring at t he welding seams of t he point and t he welding residual st ress is deemed as one of t he important influential factors t hat causes t he cracks.On t he basis of t he large 2scale finite element software ANS YS ,a corresponding welding program was developed.The internal heat generation loading met hod was first used to simulate t he moving of t he welding heat source t hrough selecting t he t hree 2dimensional solid element s and taking into account of t he p hysical properties of materials changing wit h t he temperat ures and p hase t ransformation.The birt h and deat h technique was t hen used to simulate t he p rocess of t he multi 2pass welding and t he dynamic change p rocess of t he welding temperat ure field and st ress field were obtained.Finally ,t he re 2sult s of t he calculation were analyzed.K ey w ords :steel bridge ;t russ bridge ;integral panel point ;welding residual st ress ;temper 2at ure field ;st ress field ;finite element analysis 收稿日期:2009-05-05基金项目:国家高技术研究发展计划863项目资助(2007AA11Z119)作者简介:瞿伟廉(1946-),男,教授,博士生导师,1967年毕业于同济大学应用力学专业,1981年毕业于武汉工业大学工民建专业,工学硕士(qwlian @ )。
焊接残余应力有限元分析技术研究

第42卷增刊原子能科学技术Vol.42,Suppl. 2008年12月Atomic Energy Science and TechnologyDec.2008焊接残余应力有限元分析技术研究孙英学,卢岳川,臧峰刚(中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术国家级重点实验室,四川成都 610041)摘要:本文以岭澳核电站控制棒驱动机构(CRDM )耐压壳Ω焊接为例,应用ANSYS 有限元生死单元技术模拟焊接流程,并计算焊接后残余应力的分布,绘制残余应力分布曲线并进行计算结果分析。
通过本项目的研究,掌握了焊接残余应力的分析技术,达到了研究目的。
关键词:残余应力;焊接;生死单元中图分类号:TL351 文献标志码:A 文章编号:100026931(2008)S120593204Analysis T echnology for Weld R esidual StressSUN Y ing 2xue ,L U Yue 2chuan ,ZAN G Feng 2gang(S tate Key L aboratory of Reactor S ystem Desi gn Technology ,N uclear Power I nstitute of China ,Cheng du 610041,China )Abstract : This paper describes t he p rocess of simulation weld flow wit h live 2dead element and calculates t he dist ribution of weld residual st ress using t he model of t he Ling ’ao Nuclear Power Station CRDM upper canopy seal weld.The analysis technology for weld residual st ress was able to realize when finishing t his st udy ,and t he st udy aim was obtained.K ey w ords :residual st ress ;weld ;live 2dead element收稿日期:2008208215;修回日期:2008211225基金项目:中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术国家级重点实验室基金资助项目(KLO 20220602)作者简介:孙英学(1968—),男,陕西韩城人,高级工程师,工程力学专业 随着我国核反应堆的建设及运行,核级设备及管道会出现较多的缺陷,有的缺陷必须进行打磨后焊接修复,同时要进行力学分析评价,此时,力学分析就必须考虑由焊接而产生的残余应力。
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不 同板厚 的分析 , 发现应力释放 系数 A 随板厚增 大而增 大, B则相反。 关键词 :钢结构 盲孔法 中图分类号 : TU3 1 4 1. 1 应力释放 系数 有 限元 文章编 号 :O4 15 2 1 )3 0 2 3 1 0 —6 3 (0 2o 一O 5 一O 文献标识 码 : A
d cess s / cess whl vr t no oe i tr k tl i lec nA dB b oue a e f a dBsihl i— er e di r e - i ai i h l da e elt f ne a .A slt v l n g t a aD n a e ao f me ma i e n u o n u o A l yn
冯 文 鲑
( 同济大学建筑工程系
上海
20 9 ) 0 0 2
摘 要 : 盲孔 法是测 量钢 结构残余应力 的高效简单 的方 法, 应力释放 系数 A、 B对 盲孔法测量 结果 的精确 性有重 要意义 。应用有 限元分析软件 ANs S 建立 带盲孔 的板件 的有限元模型 , Y, 施加单 向均 匀拉伸应力场 , 对盲孔 法应力释放 系数 A、 的测定进行 有 B 限元分析计算 。通过对测量 距离 D、 孔径 、 孔深、 等参 数的分 析 , 发现盲孔 附近应力释放 大致 在 D/ <5范围 内, 此范 围 内, B d 在 A、
d ne h t h t s ees go ru dte oegn rl y mo gwh r D d 5 ntiae , bouevleo n ecdta tesr srl i r inao n l e eal l s e an e g hh y a a n ee / < .I s ra a slt au f a dB h A
tr a d B a eo ra mp ra c o h c u ay o h e s rm e t o sA n r fg e ti o tn efrt ea c r c ft em a u e n .W i ii lme ta ay i s fwa eANS t f t ee n n lss o t r h n e YS.amo e dl
F nt c t t ̄ n ayi o e h i i e mm h el me n ls f h 咖 r l s cosfr au igrs u l t s si el t c r ybid o to s t s e a ef tr o srn i a r s s e sr t eb l -h l eh d e a me ed se e n t u u n e
2 1 年第 O 02 3期 总第 1 5 6 期
福
建
建 筑 Biblioteka N0 03 ・2O1 2F j nAr htcu e& C n t ci u i c i tr a e o sr t n u o
VO 1・1 5 6
钢 结 构 残 余 应 力测 定 中应 力 释放 系数 的有 限元 分 析
ce s sa oed ph ic e ss M o e v r a t rA ce s sa lt hc n s n ra e i at rB b y teo p st rn . ra e sh l e t n r e . a ro e ,fco i ra e spaet ik e sice s swhl fco o e h p o iete d n e
F n ei n e gW ni a ( e at n f uligE gn eig To gi ies y S a g a 2 0 9 ) D pr met i n n ier 。 n jUnv ri h n h i 0 0 2 oB d n t
Absr c : id h l t o sahg l fe t emeh d f rme s rn e iu lsrs e n se l mb r.S rs ee sn a — ta t B1 — o emeh di ih yefci t o a u igr sd a te s si te n v o me es tesr la ig fc
o lt t l oe i e tbih d a nd rein lu i I e sl tes f l se etd o h d li r e o c luae fpae wih b i h l S sa l e n u iie t a nf ' tn i srs i d i x re n t emo e n o d rt ac lt d n s d o o I n e e
Ke wo ds S e l tu t r B id—h l t o Ree s a t r F nt lme tmeh d y r : te r cu e l s n oemeh d la efco s iieee n to
sr s ee sn a t r a d& Bya ay ig p rmee ss c sme s rn itn eD ,da tra d d p ho h oe ti v— te sr la igfco sA n n lzn aa tr u ha a u igdsa c imee n e t ft eh l,i se i