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殘余應(yīng)力的產(chǎn)生與分布規(guī)律
2022-05-17 09:51 陜西鋼結(jié)構(gòu) 華邦建設(shè)
構(gòu)件中的力學(xué)缺陷主要是指殘余應(yīng)力，它的產(chǎn)生主要是由鋼材熱軋以及板邊火焰切割、構(gòu)件焊接和校正調(diào)直等加工制造過(guò)程中不均勻的高溫加熱和冷卻所引起的。其中焊接殘余應(yīng)力數(shù)值大，通常可達(dá)到或接近鋼材的屈服強(qiáng)度。
H型鋼在熱軋后的冷卻過(guò)程中，翼緣板端的單位體積的暴露面積大于腹板與翼緣交接處，冷卻較快。腹板與翼緣的交接處，冷卻較慢。同理，腹板中部也比其兩端冷卻較快。后冷卻部分的收縮受到先冷卻部分的約束產(chǎn)生了殘余拉應(yīng)力，而先冷卻部分則產(chǎn)生了與之平衡的殘余壓應(yīng)力。因此，截面殘余應(yīng)力為自平衡應(yīng)力。
熱軋或剪切鋼板的殘余應(yīng)力較小，常可忽略。用這種帶鋼組成的焊接工字形截面，焊縫處的殘余拉應(yīng)力可能達(dá)到屈服點(diǎn)。
對(duì)火焰切割鋼板，由于切割時(shí)熱量集中在切割處的很小范圍，在板邊緣小范圍內(nèi)可能產(chǎn)生高達(dá)屈服點(diǎn)的殘余拉應(yīng)力，板的中部產(chǎn)生較小的殘余壓應(yīng)力。用這種鋼板組成的焊接工字形截面，翼緣板的焊縫處變號(hào)為殘余拉應(yīng)力。
熱軋型鋼中殘余應(yīng)力在截面上的分布和大小與截面形狀、尺寸比例、初始溫度、冷卻條件以及鋼材性質(zhì)有關(guān)。焊接構(gòu)件中殘余應(yīng)力在截面上的分布和大小，除與這些因素有關(guān)外，還與焊縫大小、焊接工藝和翼緣板邊緣制作方法(焰切、剪切或軋制)有關(guān)。
量測(cè)殘余應(yīng)力的方法主要有分割法、鉆孔法和X射線衍射法等，但應(yīng)用較多的是分割法，這是一種應(yīng)力釋放法。其原理是：將構(gòu)件的各板件切成若干窄條，使殘余應(yīng)力完全釋放，量測(cè)各窄條切割前后的長(zhǎng)度，兩者的差值就反映出截面殘余應(yīng)力的大小和分布。焊接構(gòu)件的殘余應(yīng)力也可應(yīng)用非線性熱傳導(dǎo)、熱彈塑性有限元法分析求得。
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