【摘要】：鑄鋼節(jié)點(diǎn)與普通鋼管的連接方式主要是焊接,焊接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力通�？蛇_(dá)到屈服強(qiáng)度,會(huì)嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度。近些年來,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)環(huán)形對(duì)接焊縫的焊接殘余應(yīng)力已做出了一些研究,但研究對(duì)象主要針對(duì)的是薄壁、等厚的管線鋼管或不銹鋼管道的環(huán)焊縫,研究結(jié)果集中在殘余應(yīng)力分布方面,缺少參數(shù)化分析,而鑄鋼圓管與普通圓管焊接時(shí)兩者壁厚一般不等,這種情況研究較少。本文在熱-彈塑性理論的基礎(chǔ)上,以環(huán)形對(duì)接焊縫連接的G20Mn5鑄鋼圓管和Q345普通圓管為分析對(duì)象。選擇內(nèi)生熱率熱源模型模擬焊接熱輸入,利用生死單元技術(shù)模擬焊接填充過程。選取Q345普通圓管的徑厚比d/t、G20Mn5鑄鋼圓管與Q345圓管的壁厚比T/t以及Q345圓管的壁厚t為分析參數(shù),分析得出了構(gòu)件內(nèi)、外表面沿其長(zhǎng)度、圓周方向的焊接殘余應(yīng)力分布。同時(shí),指出了不同分析參數(shù)對(duì)殘余應(yīng)力的影響,并提出了可供工程參考的殘余應(yīng)力的范圍。通過以上分析,得出下列結(jié)論:(1)對(duì)于鑄鋼節(jié)點(diǎn)環(huán)形對(duì)接焊縫多層焊接的有限元模擬,內(nèi)生熱率熱源模型比雙橢球熱源模型更為適合。(2)在焊縫金屬區(qū),隨d/t的增加,構(gòu)件內(nèi)、外表面沿其長(zhǎng)度方向的殘余壓應(yīng)力增大,內(nèi)表面沿其圓周方向的殘余拉應(yīng)力增大而外表面沿該方向的殘余拉應(yīng)力無明顯變化;隨T/t的增加,構(gòu)件內(nèi)表面沿其長(zhǎng)度方向的殘余壓應(yīng)力增大而外表面沿該方向的殘余壓應(yīng)力減小,內(nèi)、外表面沿其圓周方向的殘余拉應(yīng)力無明顯變化;隨t的增加,構(gòu)件內(nèi)表面沿其長(zhǎng)度方向的殘余壓應(yīng)力增大且外表面沿該方向的殘余拉應(yīng)力也增大,構(gòu)件內(nèi)表面沿其圓周方向的殘余拉應(yīng)力減小而外表面沿該方向的殘余拉應(yīng)力增大。(3)當(dāng)d/t、T/t及t的取值均在常用范圍之內(nèi)時(shí),構(gòu)件內(nèi)表面沿其長(zhǎng)度方向的殘余應(yīng)力最大值為壓應(yīng)力,最大值范圍:87.5~150N/mm2;構(gòu)件外表面沿其長(zhǎng)度方向的殘余應(yīng)力最大值為拉應(yīng)力,最大值范圍:115~155N/mm2;構(gòu)件外表面沿其圓周方向的殘余應(yīng)力最大值為拉應(yīng)力,最大值范圍:205~245N/mm2;構(gòu)件內(nèi)表面沿其圓周方向的殘余壓應(yīng)力最大值范圍:70~135N/mm2;構(gòu)件內(nèi)表面沿其圓周方向的殘余拉應(yīng)力最大值范圍:60~160N/mm2。
[Abstract]:The joint of cast steel joint and ordinary steel pipe is mainly welded, and the residual stress produced by welding usually reaches yield strength, which will seriously affect the fatigue strength of the structure. In recent years, scholars at home and abroad have made some research on the welding residual stress of circular butt weld, but the research object is mainly aimed at the ring welding seam of thin-walled and equal thickness pipeline pipe or stainless steel pipe. The results are concentrated on the distribution of residual stress and lack of parametric analysis. However, the wall thickness of the cast steel pipe is generally different from that of the ordinary pipe, which is less studied. On the basis of thermal-elasto-plastic theory, G20Mn5 cast steel pipe and Q345 ordinary pipe connected by ring butt weld are analyzed in this paper. The internal heat rate heat source model is selected to simulate the welding heat input, and the birth and death element technology is used to simulate the welding filling process. The diameter-thickness ratio of Q345 ordinary tube, the ratio of wall thickness of G20Mn5 cast steel pipe to Q345 pipe and the thickness t of Q345 circular tube are selected as the analytical parameters. The distribution of welding residual stress along the length and circumference of the inner and outer surfaces of the component is obtained. At the same time, the influence of different analytical parameters on residual stress is pointed out, and the range of residual stress for engineering reference is put forward. Based on the above analysis, the following conclusions are drawn: (1) for the finite element simulation of multi-layer welding of ring butt welds of cast steel joints, the endogenous heat rate heat source model is more suitable than the double ellipsoidal heat source model. (2) in the weld metal region, the heat source model is more suitable than the double ellipsoid model. With the increase of d, the residual compressive stress on the outer surface of the component increases along its length direction, while the residual tensile stress on the inner surface increases along its circumferential direction, while the residual tensile stress on the outer surface does not change significantly in this direction. With the increase of T _ (t), the residual compressive stress on the inner surface of the component increases while the residual compressive stress on the exterior surface decreases in this direction, while the residual tensile stress on the outer surface along its circumferential direction has no obvious change. With the increase of t, the residual compressive stress on the inner surface of the component increases in the direction of its length, and the residual tensile stress on the outer surface increases in that direction. The residual tensile stress on the inner surface of the component decreases in the circumferential direction, while the residual tensile stress on the outer surface increases in that direction. (3) when the values of d, T and t are within the common range, The maximum residual stress on the inner surface of the component is compressive stress, and the maximum value is 87.5 ~ 150N / mm ~ (2), the maximum value is 87.5 ~ 150N ~ (2) mm ~ (2); The maximum residual stress on the outer surface of the component is tensile stress, and the maximum residual stress along its circumferential direction is the tensile stress, and the maximum value is 205 ~ 245 N ~ (?) mm ~ (2), and the maximum value is 115 ~ 155 N / mm ~ (2) in the outer surface of the component, and the maximum residual stress in the outer surface of the member is the tensile stress in the circumferential direction of the member. The maximum residual compressive stress of the inner surface of the component along its circumferential direction: 70? 135N? Mm2?; the maximum residual tensile stress of the inner surface of the component along its circumferential direction: 60? 160N? Mm2.
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TU758.11;TG457.11

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本文編號(hào)：2446015