残余变形工程应用

结构在经受地震动作用后会发生变形和位移，其中在震动结束后不能恢复的这一部分，即为残余变形或永久变形。残余变形取决于结构本身的动力性能和输入地震波的特性以及场地条件等。残余变形能够提供震害评估的信息，同时也是震后加固修复的指标。

近年来的震害情况表明，尽管地震能量通过结构的弹塑性变形耗散了大部分，基本保证了“大震不倒”的安全目标，但是结构的地震损伤却十分严重，过大的残余变形使得结构难以修复且基本上丧失正常使用功能，造成严重的经济损失。因此，考虑残余变形的影响因素及计算方法对于抗震设计是有一定帮助的。同时，结构的地震残余变形对于震后损失评估和修复非常重要。

对于残余变形的计算有2种方案：第一种是弹塑性时程分析，对于桥墩柱等比较重要的构件可以通过时程分析来得到某一地震波输入下的残余变形；第二种则是以大量试验和计算数据为依据建立残余变形谱。

在加载试验中，残余变形是指已进入塑性阶段的材料在卸载后不可恢复的变形。对于理想弹塑性模型来说，残余变形等于塑性变形。而对于超静定结构来说， 残余应变不等于塑性应变，在卸去外荷载后，残余应变包括弹性应变和塑性应变。

例如右图《理想弹塑性材料的三杆桁架结构》的三杆结构，三根杆的截面面积均为A，并且假设其均为理想弹塑性材料，材料的屈服强度为

当

若加载至

则杆1的残余应变

内容介绍

《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》针对工程技术人员和高校学生，深入浅出地用3根棒所构成的非常简单的1维力学模型说明焊接变形和残余应力的生成过程；同时对以固有应变为基础的残余应力、变形预测以及测定的基础理论进行简要的阐述。焊接变形和残余应力一直是困扰工程技术人员的一大难题。《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》配有可以体验计算焊接变形和残余应力的程序以及基本例题的CD。根据《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》的解说，可以在个人计算机上体验焊接温度、残余应力和变形计算。《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》还引用典型的计算实例介绍焊接变形和残余应力分析的方法和目的。CD中还收录了热弹塑性计算所需的各种材料的热物理、力学性能数据和基本理论。《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》是工程技术人员和高校学生学习和掌握焊接变形和残余应力基础知识的有力工具。

《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》的主要内容如下：

第1章 焊接力学的基础知识，即绪论，焊接力学的基础知识，残余应力和固有应变的生成机理。

第2章 固有应变法测量和预测残余应力的基础理论，即固有应变和生成应力的关系，2维及3维残余应力的测量方法，焊接残余应力的预测。

第3章 焊接力学模拟的基础，即焊接的温度场和应力场模拟的基础知识。

第4章 有限元法的基础知识，即问题的种类和基本计算式，变分原理，热弹塑性问题的分析实例。

第5章 关于《焊接变形和残余应力的数值计算方法与程序》程序的问与答，即程序概要，焊接热传导程序heat2d．exe的问与答，热弹塑性的程序tepc2d．exe的问与答，固有应变法程序inhs2d．exe的问与答，子程序awsd．exe的问与答，计算例题数据。

第6章 有限元程序的焊接热传导、焊接变形及残余应力的体验计算，即焊接热传导heat2d．exe的体验计算，热弹塑性FEM程序tepc2d．exe的体验计算，固有应变FEM程序inhs2．exe．的体验计算，固有应变程序inhs2d．exe的残余应力的预测计算。

第7章 焊接应力及变形的各类问题和对策，即对接接头的冷裂纹和约束、减少疲劳裂纹的角焊缝焊接残余应力分析、多层焊接残余应力和焊接裂纹、极厚板多层对接接头的残余应力分析，防止管道接头的应力腐蚀的水冷式焊接，线状加热的变形预测、点焊接过程模拟、大型焊接结构的变形分析等计算实例。

随着钢结构在桥梁工程中的广泛应用，焊接作为桥梁钢结构连接的主要方式，其较大的焊接变形及残余应力严重影响着桥梁钢结构的制造、安装精度，增加了焊接变形矫正工作量，降低了生产效率，同时对桥梁结构的疲劳寿命和耐久性等也有不利的影响。当前国内外对桥梁钢结构的焊接变形及残余应力研究相对较少，实际生产中也往往采用被动的焊后处理方式来调整焊接残余应力与变形，因此，有必要对桥梁钢结构典型构造焊接残余应力与焊接变形的预测与控制进行系统深入的研究。本项目拟通过数值模拟和实验测试，从构造设计和焊接工艺层面，主动地去降低桥梁钢结构焊接残余拉应力峰值、缩小高残余拉应力区域；控制桥梁钢结构典型构造的焊接变形，提高制造与安装精度。本项目的预期研究成果不仅具有重要的理论意义和实际的工程应用价值，而且有利于我国公路、铁路桥梁钢结构设计规范的修订与完善，并对我国《桥梁焊接规范》的制定有一定的参考价值和积极的推动作用。

白云石化灰岩及重结晶灰岩常保存有灰岩的部分原始结构，这部分结构被称作为残余结构，如在结晶灰岩和白云岩中，时可见到的残余生物结构、残余鲕粒结构、残余砂屑结构和残余生物礁结构等。 残余结构，是原岩在变质作用过程中，由于重结晶、变质结晶不完全，原岩的结构特征被部分保留下来的部分。

原岩在变质作用过程中，由于重结晶、变质结晶不完全，原岩的结构特征被部分保留下来，称为变余结构。如变余斑状结构、变余砂质结构、变余砾状结构、变余泥质结构等。

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