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局部加强型角焊缝的静力性能对比分析

更新时间:2016-07-05

0 引言

近些年来,各个生产行业的快速发展对焊缝性能提出了更高的要求。角焊缝的应用十分广泛,是钢结构焊接中最为常用的焊接形式之一。在进行角焊缝连接构件中,对于角焊缝的焊脚尺寸,中国GB 50017-2003《钢结构设计规范》都有明确要求,即焊缝根角至焊缝外边的尺寸规定,明确了最大和最小焊脚尺寸。德国DIN18800-1:2008《钢结构设计规范》和中国规范对角焊缝连接构件中最大和最小焊脚尺寸的规定存在一定差异,且德国规范在构造上对正面角焊缝进行加强。因此本文从焊脚尺寸着手,选择一种类型的角焊缝连接进行对比分析。

面对新常态下食品安全监管形势的新状况、新要求,该科不断建立健全食品安全机制体制,做到以制度促规范,以制度促工作。在食品生产环节初步完成“食品生产企业追溯体系”建设,不断强化获证食品企业事中事后监管;在食品流通环节建立“食品风险分类管理机制”;在餐饮服务环节推行“标准图示法”和“明厨亮灶”工程;在保健食品环节实施生产企业量化分级管理,制定《保健食品良好生产规范》,建立专业化的良好生产规范(GMP)检查员队伍。积极推进食品安全三级网络建设,建立村居监控点和食品安全协管队伍。积极完善食品安全应急体制建设,制订《静海区食品安全应急预案》,多次开展应急演练。

图1 中国规范角焊缝试件尺寸(基本型/B S型)(单位:mm)

1 角焊缝有限元模型

1.1 试件材料参数的设定

图2 德国规范角焊缝试件尺寸(加强型/R F型)(单位:mm)

焊缝连接件如图1和图2所示,图1为按照中国 规范设计的三面围焊有限元模型试件,即基本型/BS型,图2为按照德国规范设计的加强型三面围焊有限元模型试件,即加强型/RF型。其中,t1为连接板厚度;t2为基础板厚度,hf1为正面角焊缝加强后的焊脚高度,hf2为侧面角焊缝未加强段的焊脚高度;当为中国规范时,不对焊缝段进行加强,所以焊脚高度统一以侧面角焊缝为准,取为hf2;lw1为正面角焊缝长度;lw2-1为侧面角焊缝加强段焊缝长度;lw2-2为侧面角焊缝非加强段焊缝长度;当按中国规范时,侧面角焊缝不进行局部加强,所以侧面角焊缝长度lw2=lw2-1+lw2-2=100mm。对比分析在不同连接板厚度和不同焊脚高度下,按照中国规范和德国规范分别所产生的受力性能,并且在此基础上对构件作出相应的分析。

病死猪眼脸水肿,耳部和尾部有一小块出血斑,阴鞘积尿;打开腹腔可见肝脏有出血斑、脾脏周边有锯齿状梗死,肾脏上布满针尖大小出血点,肠系膜胶冻样水肿,肠系膜淋巴结肿大,肠道粘膜有卡他炎症,胃萎缩,划开胃大弯浆膜下有透明的水肿液,大肠的回盲瓣处多个纽扣状溃疡,膀胱内有出血点[1]。

本文中焊缝连接板的有限元模型板件采用Q235级钢,焊缝采用E43型焊条,基础板与连接板通过正面角焊缝和侧面角焊缝形成了三面围焊的连接。正面角焊缝和侧面角焊缝衔接处采用四分之一圆柱体模拟,上下连接板和基础板之间的表面都用接触问题来考虑分析。

几何和材料非线性。由于板件和焊缝的材质不一样,所以选取各自对应的本构模型,见图3,采用弹塑性模型分析角焊缝的受力性能。模型所遵循的屈服准则为

表1 试件设计参数及编号

组别 试件 连接板厚度t1/mm基础板厚度t2/mm正面角焊缝焊脚高度hf1/mm侧面角焊缝非加强段焊脚高度hf2/mm正面角焊缝焊缝长度lw1/mm侧面角焊缝加强段焊缝长度lw2-1/mm侧面角焊缝非加强段焊缝长度lw2-2/mm BS1770100第一组第二组第三组RF1872575 RF2875050 RF3102587507525 BS2880100 RF41082575 RF51085050 RF61087525100 RF7972575 RF8975050 RF9122597507525 BS410100100 RF1012102575 RF1112105050 RF1212107525 BS3770 BS5770100 RF131072575 RF141075050 RF151425107507525 BS612120100 RF1614122575 RF1714125050 RF1814127525

1.2 模型的建立

结合三大组试件BS1-RF18的荷载-位移曲线,见图4,可以看到24条曲线的走势大致相似。但在各个阶段反映出来的参数值却有不同。

本文以中国规范和德国规范对于三面围焊构造要求的差异为出发点,因此有限元分析中要建立模型的区别有连接板厚度、焊缝焊脚高度和侧面角焊缝加强范围的选取这三项的不同,即为自变量。在建立模型时,连接板的板长、板宽,基础板的板长、板宽和板厚,以及正面角焊缝焊缝长度均设定,即图中t2和lw1已确定为已知,故有表1的24个模型。

从当前道路运输安全管理实际来说,随着管理工作量的不断增加,若想保证安全管理工作高质量落实,必须要创新管理方式。在具体实践中,要积极引入信息技术大数据技术等,辅助安全监管工作的开展。比如,利用大数据技术,分析安全事故高发路段,加大安全检查部署,做好事前预防工作。再比如,通过在客运车辆中设置远程监控系统和超速报警装置等,实现运输环节的安全监督,进而减少安全事故的发生。

具体参数对比如表2所示。由表2可以看出,从试件BS1到RF18,三组在弹性阶段的极限承载力分别为,第一组从39.3kN增加到了51.1kN,增加了11.8kN,第二组从39.6kN增加到了62.4kN,增加了22.8kN,第三组从39.8kN增加到了72.9kN,增加了33.1kN,增长幅度较大。

图3 Q 235级钢的本构模型

在建立有限元模型添加约束和荷载时,考虑构件在工程结构的实际情况中大多数焊缝连接板件的长度较长,本文模型给定了适合建模分析的板长。为合理建模分析和符合实际状况,连接板的左端和基础板右端施加x、y、z三向约束,对水平向右的均布荷载作用下的受力情况进行分析,采用13荷载步缓慢加载,并进行计算分析。

1.3 约束和荷载的施加

本文主要对焊缝连接板的受力情况进行分析,试件特征选用3D实体来建模,连接板涉及到的接触问题采用接触单元。对试件会施加拉力,建模时采用位移荷载单元,上下连接板、基础板和焊缝选择空间八节点单元。

2 局部加强型角焊缝的有限元结果分析

2.1 荷载-位移曲线对比分析

本文模型试件的钢材都选用Q235级钢,焊缝采用E43型焊条。在模型建立中选取的材料弹性模量E=2.00×105MPa,泊松比为0.3。采用ANSYS模拟分析

图4 角焊缝荷载-位移曲线

Von-Mises屈服准则,且选定等向强化模型。

表2 试件参数对比

第一大组参数BS1RF1RF2RF3BS2RF4RF5 RF639.341.842.242.846.948.7屈服极限承载力/kN 45.648.749.550.452.456.358.759.3破坏极限承载力/kN 70.174.275.176.082.587.089.291.3转角处最大应力/MPa 189.3174.8191.8201.9170.1126.3133.7176.0第二大组参数 BS3 RF7 RF8 RF9 BS4 RF10 RF11 RF12弹性极限承载力/kN 39.644.545.246.356.959.861.262.4屈服极限承载力/kN 46.050.652.353.465.069.971.172.4破坏极限承载力/kN 70.877.679.481.2100.5106.2108.8111.4弹性极限承载力/kN 50.251.1转角处最大应力/MPa130.1152.4218.6167.6180.6189.8172.6126.8 RF17 RF18第三大组参数39.844.546.248.164.370.6屈服极限承载力/kN 45.951.455.357.975.681.482.984.4破坏极限承载力/kN 70.780.883.886.5115.5125.2127.9129.9转角处最大应力/MPa 216.8153.3172.8180.2180.1126.6126.9134.9 BS5 RF13 RF14 RF15 BS6 RF16弹性极限承载力/kN 71.472.9

三组的屈服极限承载力分别增加了13.7、26.4和38.5kN,增长幅度一组比一组更大,第三组最大。也就是说,随着连接板厚度和焊脚高度的增大,弹性极限承载力和屈服极限承载力的增长幅度也越来越大,24个模型的破坏极限承载力在第三组变化最大。焊缝转角处的最大应力值变化较大,只有第一组略小点,其中,每一组在焊缝转角处的最大应力中的基本型三面围焊即BS型都大于加强型三面围焊即RF型的值。而弹性极限承载力、屈服极限承载力和破坏极限承载力都是RF型要大于BS型。从以上对比分析可知,三组试件在弹性阶段和屈服阶段的极限承载力都有得到一定提高,加强型RF试件比基本型BS试件更稳定。

个别计价法计算的销售成本,能以实际采购成本为基础,期末资产价值具有真实性。这种方法适用于一般不能替代使用的存货、为特定项目专门购入或制造的存货等,如珠宝、名画等价值高,数量少的贵重物品。但是,个别计价法在实际操作中,手续繁琐,一个一个地单独计价,耗费的时间成本及人力成本均较高,对存货品种多,数量多的企业来说不太实用,同时就业务本身来说,毕竟像珠宝等贵重物品存货的企业不多,因而不具有普遍性。

3 结语

(1)随着连接板厚度和焊缝焊脚高度的增大,试件的屈服极限承载力和弹性极限承载力有所提高,正面角焊缝焊脚高度hf1=9mm的试件RF8比hf1=7mm的试件BS3承载力更大,RF8的屈服极限承载力提高了12.17%,弹性极限承载力提高了12.37%。每一组在焊缝转角处的最大应力,都是基本型三面围焊即BS型都大于加强型三面围焊即RF型的值。而弹性极限承载力、屈服极限承载力和破坏极限承载力都是RF型要大于BS型。所以,德国规范所规定的对正面角焊缝进行加强更具有足够的承载力和更加能够确保结构的稳定。

(2)侧面角焊缝加强段长度按照1:2b、b和3:2b的比例依次增加,可以看到,试件的承载力依次得到提高,但是极限承载力的变化幅度小,所以,起始加强段长度的比例大小对于角焊缝的力学性能影响较小。

参考文献

[1]GB50017-2003,钢结构设计规范[S].

[2]GB50661-2011,钢结构焊接规范[S].

[3]DIN 18800-1:2008,Steel Structures —Part 1:Design and Construction[S].

[4]沈祖炎,陈扬骥,陈以一.钢结构基本原理[M].2版.北京:中国建筑工业出版社,2005.

[5]聂春戈,马思群,孙彦彬,等.正面角焊缝接头的静力强度与尺寸设计研究[J].河北科技大学学报,2015,36(5):474-479.

[6]Clark,P.J.,Basis of Design for Fillet-Welded Joints under Static Loading,Proceedings of Conference on Improving Welded Product Design [J],The Welding Institute,Cambridge,England,1971,(1):85-96.

[7]范正磊.角焊缝焊接节点在平面外偏心荷载作用下的受力分析[D].西安:西安建筑科技大学,2012.

[8]王新峰,唐琰,刘军.基于ANSYS的三面围焊直角焊缝应力分析及焊缝长度比例优化[J].焊接质量控制与管理,2015,44(1):69-73.

周苗倩
《低温建筑技术》 2018年第03期
《低温建筑技术》2018年第03期文献

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