《鑄鋼節點環形對接焊縫的疲勞力學性能研究》是依託東南大學，由靳慧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鑄鋼節點環形對接焊縫的疲勞力學性能研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：靳慧
- 依託單位：東南大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
由鑄造工藝生產的鑄鋼節點，形式靈活，力學性能優良，正逐漸廣泛套用於大跨空間結構中，並開始套用於承受疲勞載荷的結構中。其環形對接焊縫是整個節點疲勞問題的關鍵，對節點的疲勞行為起控制作用。作為新材料、新結構型式，目前關於這種環形對接焊縫的疲勞力學性能的研究還極少，疲勞數據遠遠不能滿足工程需要。本項目首先解決此類焊縫的疲勞數據缺乏問題，研究此類焊縫的疲勞試驗方法，進行大量基礎疲勞試驗，測出各種典型焊接細節的環形對接焊縫的S-N曲線。其次對熱點應力法在此類焊縫疲勞計算中的套用進行研究，通過有限元技術與光彈試驗技術相結合，解決熱點應力法分析此類焊縫的關鍵問題，包括焊縫局部有限元格線尺寸；各種焊接細節的熱點的位置和應力計算；給出工程套用的熱點應力幅壽命曲線.本項目擬實現積累數據和建立數值分析方法的目標，以解決工程中急需的基礎力學問題，推廣鑄鋼節點這一新型工程材料和結構形式的套用，改善結構的疲勞性能。
結題摘要
鑄鋼節點形式靈活，受力合理，目前已廣泛套用於工程結構中，但關於其疲勞問題的研究還很少。鑄鋼節點的疲勞問題包含兩部分內容：鑄鋼本身的疲勞和鑄鋼與鋼管連線的環形對接焊縫的疲勞，因為鑄鋼部分的疲勞強度高於焊縫的疲勞強度，焊縫是整個節點疲勞問題的關鍵。本項目針對鑄鋼節點疲勞問題中的關鍵問題，即環形對接焊縫的疲勞強度試驗和熱點應力法計算進行研究。 （1）典型環形對接焊縫形式的疲勞試驗。 根據國內常用的鑄鋼節點焊接形式，設計了兩種不同的焊接細節進行了小試件疲勞試驗。小試件為從鑄鋼與鋼管環形對接構件中截取的一部分帶焊縫的弧形試件。兩種細節的焊縫試件共試驗了21個應力級別的24根試件。根據Miner線性積累損傷準則和最小二乘法，擬合了兩種鑄鋼節點環形對接焊縫的疲勞試驗數據，得出兩種焊縫細節的S-N曲線和P-S-N曲線。總結出了兩種焊接細節的疲勞設計準則表，其中分別給出了兩種焊接細節的疲勞極限和壽命曲線，並給出了焊接的具體構造形式及焊接過程中的質量要求。所獲得的疲勞強度數據為工程中焊縫抗疲勞設計提供了參考。 試件疲勞斷裂的斷面分析結果顯示，絕大部分試件的疲勞破壞均從焊根位置開始，與傳統焊縫在焊趾位置起裂的破壞方式完全不同，這是由於焊縫兩邊鑄鋼與鋼管的顯著的厚度差造成的，這一結果為工程中鑄鋼節點環形對接焊縫的細節設計提供了參考。 （2）熱點應力法在鑄鋼節點環形對接焊縫疲勞計算中的關鍵問題研究。 針對五種鑄鋼節點焊縫細節形式，進行了精細有限元分析，確定所有焊縫細節的應力值最大點均位於焊根處。 通過計算確定了不同焊縫形式的合理計算模型尺寸和合理模型格線尺寸。 基於國際通用的熱點應力法和鑄鋼節點焊縫的有限元分析結果，推導了適用於計算焊根熱點應力值的表面外推法和直接計算法。並對兩種方法的計算結果進行了比較。 對熱點應力法進行了參數分析，結果顯示在相同邊界條件和載入情況下，五種類型焊縫的焊根熱點應力值均隨著鋼管壁厚和構件半徑的減小而增加，並且幾乎不隨著墊板與焊縫間間隙大小的變化而改變。 計算了不同細節焊縫的焊根熱點應力集中係數，並通過試驗證明了其有效性。然後與本項目的鑄鋼節點焊縫疲勞試驗結合，得到了兩種類型焊縫的焊根熱點應力壽命曲線（Shot-N）及其表達式。
