手機直線：
咨詢熱線：0571-56211150
搭接接頭是鋼結構中焊接連接接頭通常采用的一種方式，其焊縫采用角焊縫形式，通常是受力薄弱環節。鋼結構的疲勞、斷裂等破壞大多發生在焊縫的焊趾處，其原因除了焊接缺陷會誘發疲勞裂紋進行擴展以外，焊縫外形在焊趾處產生的應力集中也是一個重要影響因素。應力集中的嚴重程度可以用應力集中系數Kt來表達，即焊趾處應力峰值Sp與施加在無缺口截面上的名義應力Snet之比。在進行鋼結構設計時，一般會盡量降低焊縫的坡度，以減小焊趾處的應力集中。然而，上述措施還只是基于對焊縫應力集中影響的定性認識，仍需進行深入研究。
用于估算應力集中系數的方法有試驗法、解析法和有限元分析法等。采用有限元方法對應力集中系數進行計算是容易實施且比較有效的方法，目前應用較為廣泛，相關研究包含了不同類型接頭中幾何參數對應力集中系數的影響，如對接接頭、Y形接頭、K形接頭、T形接頭等。對于搭接接頭，文獻研究了雙側焊接的搭接接頭中應力集中系數受搭接長度、焊縫寬度等因素的影響；文獻以單側搭接接頭作為某種桁架節點的力學模型，研究了焊縫熔深、弦桿厚度等因素對焊縫幾何應力集中系數和熱點應力集中系數的影響；文獻重點研究了焊縫焊腳、加強高等工藝參數對單側搭接接頭應力集中系數的影響。本文以單側搭接接頭作為力學模型，研究了某種舟橋的單雙耳接頭尾部的應力集中情況，依據實際結構對模型邊界條件進行了處理，研究了蓋板厚度、主板厚度、焊縫接觸角以及焊趾過渡圓弧半徑等參數對應力集中系數的影響情況，為實際結構的工程設計提供了技術支持。
為驗證采用有限元方法計算應力集中系數Kt的準確性，選取一種較為理想的雙側焊接搭接接頭作為算例，主要幾何尺寸為：主板厚度T、蓋板厚度t、焊腳長度l以及接觸角θ。
對稱的，可用1/4模型進行研究。在建立有限元模型時，焊趾處單元尺寸及形狀對計算結果有著重要的影響。劃分的單元必須足夠小，以至于能反映出焊趾處的應力集中特性，但又不能太小，否則會產生數值奇異性。采用Ansys軟件進行分析，有限元模型采用了三角形平面應變單元plane2，焊趾附近單元最小尺寸為0.15mm。
由不同幾何參數下試驗結果與有限元計算結果的對比表可以看出，有限元計算結果與光彈試驗結果數據吻合度較好，雖然個別情況下二者的相對誤差可達到6.1%，但考慮到試驗過程的復雜性&可以認為有限元模型是合理的，采用有限元法對Kt進行計算是較為準確的。
假設結構處于平面應變狀態，并且不考慮焊趾處咬邊、夾雜等焊接缺陷以及焊接殘余應力的影響。蓋板厚度t和主板厚度T的初始幾何尺寸為15mm，焊腳長度l為10mm，接觸角θ為45°。有限元模型采用三角形平面應變單元plane2，焊趾端部最小尺寸為0.15mm，模型采用的鋼板及焊縫的彈性模量E=2.1×105MPa，泊松比μ=0.3。
保持焊縫現有幾何尺寸不變，改變蓋板厚度t與主板厚度T的比值，研究應力集中系數Kt的變化情況。由圖中可以看出，當t/T<1.5時, Kt隨著t/T的增加而迅速降低；而當t/T>1.5以后, Kt降低趨勢放緩。此外,在保持t/T不變的情況下，Kt也會隨著主板厚度T的增加變大，這主要由于在焊縫尺寸不變的情況下，增加T會降低l/T的值,使得焊趾處的應力集中更為明顯。
專業從事有限元分析公司│有限元分析│CAE分析│FEA分析│技術服務與解決方案
杭州那泰科技有限公司
本文出自杭州那泰科技有限公司m.zhaojia007.cn，轉載請注明出處和相關鏈接！