焊接残余应力对y型相贯节点极限承载力影响分析

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1、焊接残余应力对Y型相贯节点极限承载力影响分析　　摘要：采用ANSYS的热结构间接耦合、生死单元技术模拟Y型相贯节点的焊接过程；将牛顿拉普森法和弧长法结合，求解Y型相贯节点极限承载力，给出求解流程；分析支管外径与主管外径比、支管倾角、主管径厚比等几何参数对Y型相贯节点极限承载力的影响，将考虑和不考虑焊接残余应力的计算结果进行对比分析。研究结果表明：焊接残余应力降低了Y型相贯节点的极限承载力；支管外径与主管外径比β越大，主管的径厚比γ越小，支管倾角θ越小，则Y型相贯节点极限承载力降低越多；结构设计时，保证强度和安

2、全的前提下选择合适的支管外径、主管壁厚和支管倾角，可减小焊接残余应力对Y型相贯节点极限承载力的影响。　　关键词：Y型相贯节点；极限承载力；牛顿拉普森法；弧长法；焊接残余应力；参数分析　　中图分类号：TU392文献标志码：A　　Abstract：TheweldingprocessofYjointwassimulatedbyusingthermalstructureindirectcouplingandbirthdeathelementinANSYS.CombinedNewtonRaphsonmethodanda

3、rclengthmethod，theultimatebearingcapacityofYjointswassolved，andsolutionflowwasgiven.Theinfluenceofgeometricparameterssuchastheratioofdiameterofbranchpipeanddiameterofpipe，angleofbranchpipe，ratioofdiameterandthicknessofpipe，ontheultimatebearingcapacity14ofYj

4、ointswithconsideringweldingresidualstresswasanalyzed.UltimatebearingcapacitiesofYjointswithweldingresidualstressesandwithoutweldingresidualstresseswerecomparedandanalyzed.TheresultsshowthattheultimatebearingcapacityofYjointisreducedbyweldingresidualstress；b

5、ecausevaluesoftheβarelarger，orvaluesoftheγaresmaller，orvaluesoftheθaresmaller，theultimatebearingcapacityofYjointismorereduced.Instructuraldesign，toensurethestrengthandsafetyofstructure，choosingthesuitablediameterandangleofbranchpipe，wallthicknessofpipe，thee

6、ffectofweldingresidualstressonultimatebearingcapacityofYjointcanbereduced.　　Keywords：Yjoint；ultimatebearingcapacity；NewtonRaphsonmethod；arclengthmethod；weldingresidualstress；parameteranalysis　　0引言　　钢管结构主要应用于桁架、结构柱、支撑、格构式结构、大跨空间结构等[12]。桁架结构的应用比较广泛，这类结构具有造型美观

7、、布置灵活、受力明确等特点，通过节点将主管和支管连接起来，节点性能的好坏直接影响结构的承载力。节点种类较多，如螺栓球节点、焊接空心球节点、铸钢节点、相贯节点等。相贯节点是常见形式之一，具有构造简单、易于连接、受力性能较好、传力路径清晰、外表美观、易于维护保养、节省用钢量等优点，越来越受到人们的青睐[3]。14　　相贯节点通过焊接而成，在结构中产生较大的残余应力，对结构的承载力和安全造成影响，因此分析相贯节点的焊接残余应力分布及其对节点静力性能和极限承载力的影响规律对结构的设计和施工是十分有意义的。针对焊接残余

8、应力对相贯节点的影响研究并不多，文献[4]对空间的KX型圆管相贯节点的焊接温度场、应力场与极限承载力进行了数值模拟分析，指出焊接残余应力对K支管和X支管的极限承载力降低都有一定的影响。文献[5]研究了节点焊后残余应力及残余变形随几何参数的变化趋势、焊缝热效应对K型相贯节点极限承载力的影响。文献[6]对K型钢管相贯节点进行了温度场和应力场的耦合计算，考虑了钢材热物理参数和力学参数随温度变化的非线性性能