应力集中系数

针对目前T型焊接管节点应力集中系数(stress concentration factor,SCF)计算方法的不足,提出一种新的SCF数值计算方法.借助于有限元软件ANSYS中子模型技术,同时采用实体单元和壳单元模拟管节点;根据规范建立焊接接头模型,考虑焊址打磨对应力集中的缓和作用,建立打磨圆角模型以真实反应焊缝附近的应力分布;利用路径映射技术分析应力沿支管轴向的变化规律,采用路径分析方法确定名义应力和热点应力,从而求得SCF.最后采用该方法对15个T型焊接管节点在轴向载荷、面内弯矩和面外弯矩作用下的SCF进行分析,研究了3种基本载荷作用下几何参数对SCF大小与沿焊址分布的影响规律.

由于焊接钢管结构在焊缝处的刚度具有不连续性,因此,该部位存在很高的应力集中现象。局部高应力的存在,使节点在长期循环荷载的作用下,会产生微小的疲劳裂纹,而疲劳裂纹的扩展最终会导致整个节点的疲劳破坏。在研究管节点疲劳破坏时,主要通过热点应力幅(S-N曲线方法)确定其疲劳寿命。在计算焊缝处的热点应力幅大小时,经常用到焊缝周围的应力集中系数。本文对4个环口板加固T型圆钢管节点试件以及相应的4个未加固试件的应力集中系数进行了试验研究。通过试验测试和结果分析,得到了轴向荷载下环口板加固试件及未加固试件沿焊缝的应力集中系数分布,通过比较发现,环口板加固后的T节点试件的应力集中系数相对于未加固试件有明显减小,说明这种加固措施可以提高管节点的疲劳寿命。