【摘要】：大跨度空間結(jié)構(gòu)具有自重輕、結(jié)構(gòu)受力合理、造型變化形式多樣的優(yōu)良特點(diǎn)，使得近年來大跨度空間結(jié)構(gòu)在我國取得了廣泛的應(yīng)用。其中管桁架結(jié)構(gòu)和網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)是空間結(jié)構(gòu)中比較常用的結(jié)構(gòu)形式，而組成構(gòu)件的關(guān)鍵在于連接方式。在焊接過程中，由于焊接熱源能量的集中輸入，不均勻的溫度分布，導(dǎo)致在焊接結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生比較大的焊接殘余應(yīng)力和變形，這種應(yīng)力和變形的產(chǎn)生不但對結(jié)構(gòu)的尺寸穩(wěn)定和加工精度產(chǎn)生一定程度的影響，還威脅結(jié)構(gòu)的局部穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性。 因此本文通過對管桁架結(jié)構(gòu)、網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)焊接過程的數(shù)值模擬，為合理的預(yù)測和考慮焊接殘余應(yīng)力的對管桁架結(jié)構(gòu)，網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的極限承載力的影響，以及實(shí)際設(shè)計(jì)和施工中考慮焊接殘余應(yīng)力這一因素提供必要的參考。 為達(dá)到研究目標(biāo)，本文采用精細(xì)化的建模方法，通過ANSYS中實(shí)體單元建立了焊接球節(jié)點(diǎn)和相貫節(jié)點(diǎn)的計(jì)算模型，通過對模型施加生熱率的加載方法，模擬焊接熱源，并通過間接耦合法，最終計(jì)算出了這兩類節(jié)點(diǎn)在焊接過程中，溫度場和應(yīng)力場的變化情況。研究了殘余應(yīng)力的分布范圍及變化趨勢，結(jié)果表明在焊縫附近區(qū)域會產(chǎn)生接近材料屈服強(qiáng)度的殘余應(yīng)力。 本文采用多點(diǎn)約束方法分別建立平面管桁架和K6（2）網(wǎng)殼的多尺度有限元模型，節(jié)點(diǎn)位置采用實(shí)體單元，桿件位置則用梁單元模擬以減少計(jì)算耗時，并與全部采用殼單元建立的模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對比，驗(yàn)證了利用實(shí)體—梁單元的多尺度方法計(jì)算結(jié)果的有效性。 通過對管桁架多尺度有限元模型，施加焊接數(shù)值模擬過程中計(jì)算獲得的殘余應(yīng)力作為初始荷載，獲得了考慮殘余應(yīng)力的管桁架多尺度模型，同時與不考慮殘余應(yīng)力的管桁架多尺度模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果表明殘余應(yīng)力的產(chǎn)生將導(dǎo)致所取平面管桁架模型極限承載力降低11.8%。 利用上述同樣的方法，分析了焊接殘余應(yīng)力對K6（2）網(wǎng)殼極限承載能力的影響，計(jì)算結(jié)果表明由于球節(jié)點(diǎn)的存在，結(jié)構(gòu)的破壞是由于桿件的首先破壞所導(dǎo)致的，，節(jié)點(diǎn)剛度強(qiáng)于桿件，殘余應(yīng)力并不會顯著影響結(jié)構(gòu)的承載力。
[Abstract]:Long-span spatial structure has been widely used in China in recent years, because of its advantages of light weight, reasonable structural force and various forms of modeling change, which makes the long-span spatial structure have been widely used in China in recent years. Pipe truss structure and reticulated shell structure are more commonly used in the spatial structure, and the key to make up the members is the connection mode. In the welding process, due to the centralized input of the welding heat source energy and the uneven temperature distribution, the welding residual stress and deformation in the welding structure are caused by the large residual stress and deformation. This kind of stress and deformation not only affects the dimensional stability and machining precision of the structure, but also threatens the local stability and global stability of the structure. Therefore, through numerical simulation of the welding process of tube truss structure and reticulated shell structure, in order to reasonably predict and consider the influence of welding residual stress on the ultimate bearing capacity of pipe truss structure and latticed shell structure, As well as practical design and construction to consider the factor of welding residual stress to provide a necessary reference. In order to achieve the research goal, this paper adopts the refined modeling method, establishes the calculation model of the welded ball node and the intersecting node through the solid element in ANSYS, and simulates the welding heat source by applying the heat generation rate loading method to the model. The change of temperature field and stress field in the welding process of these two kinds of joints is calculated by indirect coupling method. The distribution range and variation trend of residual stress are studied. The results show that the residual stress close to the yield strength of material will occur in the area near weld seam. In this paper, the multi-scale finite element model of planar tube truss and K6 (2) reticulated shell is established by multi-point constraint method. The node position is based on solid element, and the member position is simulated by beam element to reduce the calculation time. The effectiveness of the multi-scale method based on solid-beam element is verified by comparing with the results of all the models established by shell element. Based on the multi-scale finite element model of pipe truss, the multi-scale model of pipe truss considering residual stress is obtained by applying the residual stress calculated during welding numerical simulation as the initial load. At the same time, the results are compared with those of multi-scale model without residual stress. The results show that the generation of residual stress will reduce the ultimate bearing capacity of the plane truss model by 11.8%. Using the same method, the influence of welding residual stress on the ultimate bearing capacity of K6 (2) reticulated shell is analyzed. The calculation results show that the failure of the structure is caused by the first failure of the bar due to the existence of spherical joints. The stiffness of the joint is stronger than that of the member, and the residual stress will not significantly affect the bearing capacity of the structure.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TU399;TU312.1

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本文編號：2461213