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不锈钢平面相贯混合管节点应力集中性能研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 钢管结构及节点

1.2.1 钢管结构

1.2.2 管节点及相贯节点

1.2.3 相贯节点划分

1.3 不锈钢

1.3.1 不锈钢的种类及特点

1.3.2 不锈钢的应用

1.4 相关问题的提出

1.5 国内外研究现状

1.5.1 国外研究现状

1.5.2 国内研究现状

1.6 本文研究的主要内容

第二章 不锈钢平面相贯混合管节点应力集中性能试验研究

2.1 引言

2.2 试验目的

2.3 试验试件

2.4 材性试验

2.4.1 材性试验设计

2.4.2 材性试验加载

2.4.3 材性试验结果

2.5.1 试验装置

2.5.2 试验加载方案

2.6 试验测点布置及测试方案

2.7 试验现象及结果分析

2.7.1 试验现象及结果

2.7.2 试验应变与名义应变的对比

2.7.3 热点应变

2.7.4 应力集中系数分析

2.7.5 T型节点应力集中系数(SCF)

2.7.6 X型节点应力集中系数(SCF)

2.8 本章小结

第三章 不锈钢平面相贯混合管节点应力集中有限元对比

3.1 引言

3.2 有限元模型的建立与分析

3.2.1 有限元模型的单元选择

3.2.2 焊缝模拟

3.2.3 材料属性

3.2.4 网格划分

3.2.5 T型节点边界条件及加载方式

3.2.6 T型节点有限元模型正确性校核

3.2.7 X型节点边界条件及加载方式

3.2.8 X型节点有限元模型正确性校核

3.3 本章小结

第四章 不锈钢平面相贯混合管节点SCF参数分析

4.1 引言

4.2 平面相贯混合管节点无量纲参数取值

4.3 平面相贯混合管节点SCF值有限元计算结果

4.4 参数β对节点SCF值的影响

4.5 参数τ对节点SCF值的影响

4.6 参数2γ对节点SCF值的影响

4.7 T型平面相贯管节点公式拟合

4.7.1 T型节点SCF值的参数公式

4.7.2 T型节点试验与参数公式对比

4.8.1 X型节点SCF值的参数公式

4.8.2 X型节点试验与参数公式对比

4.9 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

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摘要

不锈钢结构具有造型美观、耐腐蚀性强、良好的冲击韧性、易于维护、综合成本效益高等优良特点,在建筑结构中的应用越来越广泛。目前,普通碳素钢纯圆管和纯方管节点的疲劳性能研究已经相当成熟,国内外也有很多关于普通碳素钢材料和结构设计的相关规范。对不锈钢材料焊接而成的相贯节点疲劳性能研究很少,尤其在不锈钢混合管节点这种组合截面形式方面更没有可供参考的相关研究成果,而应力集中系数又是评价结构或构件疲劳性能的一个非常重要的指标。因此,本文运用试验方法和有限元数值分析方法对不锈钢平面相贯混合管节点在支管轴力作用下的应力集中系数进行分析研究。
  本文开展了如下的研究工作:
  (1)对试验中四个管截面的不锈钢原材进行材料拉伸试验,研究不锈钢材料的力学特性,同时为后续有限元数值分析提供可靠的材料参数。
  (2)对两种形式的节点(T型和X型)在支管轴力作用下的应力集中系数进行试验研究。利用对称性,选取相贯节点的1/2结构作为研究对象,分别在主管和支管上粘贴应变片,相邻应变片之间的角度间隔为45°,并对这些位置上的应力集中系数进行分析研究。
  (3)采用ANSYS软件构建不锈钢平面相贯混合管节点的有限元模型,将数值分析结果与试验结果进行对比,以校核模型的正确性。同时,为了显示焊缝的重要性,建立实体不带焊缝的有限元模型进行对比研究。
  (4)基于现有普通碳素钢纯方和纯圆相贯节点应力集中系数的计算表达式,在大量参数分析的基础上提出适用于不锈钢平面相贯混合管节点应力集中系数的参数方程,并将参数公式的计算结果与试验结果及有限元数值计算结果进行对比,验证了所拟合的参数方程具有较高的精度。

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