残余应力与边界条件耦合作用对H型钢柱构件承载能力的影响

浅谈焊接残余应力对结构的影响【摘要】残余应力的存在虽然不会影响结构的静态承载能力，但仍然会引起一些问题，比如结构会由于焊接初始缺陷，导致在低应力下裂纹扩展而导致脆性破坏。

本文选取焊接残余应力为研究对象，分析残余应力下构件或结构的刚度、低温冷脆、疲劳强度，并讨论残余应力给它们带来的影响。

【关键词】残余应力；焊接结构；影响0.引言焊接残余应力简称焊接应力，它是一种无荷载作用下的内应力。

由于焊接的过程是一个不均匀加热和冷却的过程，在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，不均匀的温度场产生不均匀的膨胀，由此就形成了残余应力。

残余应力的存在对结构的刚度、受压构件的承载力、低温冷脆以及疲劳强度均会有一定的影响。

1.焊接残余应力的分类及产生的原因焊接过程是一个对焊件局部加热继而逐渐冷却的过程，焊件由于焊接而产生的内应力我们称之为焊接应力，对于钢结构而言，焊接残余应力和变形是影响结构断裂强度、疲劳强度和结构稳定性的重要因素。

从焊缝的方向，焊接残余应力可以分为三类：1.1沿焊缝长度方向的纵向焊接应力施焊时，焊缝附近温度最高，在焊缝区以外，温度则急剧下降。

由于不均匀温度场的影响，温度高的钢材膨胀大，但受到周围温度较低、膨胀量较小的钢材所限制，产生了热塑性压缩；焊缝冷却时，被塑性压缩的焊缝区趋向内收缩，但受到周围钢材限制而产生收缩应力，这是垂直于焊缝方向的纵向拉应力就是纵向焊接应力。

此时，由于焊件不受约束，焊接产生的应力是自相平衡的应力，即由于在焊缝附近出现收缩拉应力，则必然会在距焊缝稍远区段内产生压应力，可以把纵向焊接应力的这种分布规律简称为“热拉冷压”。

1.2垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力横向焊缝产生的原因有两个：一是由于焊缝纵向收缩，使得被焊接的两块钢板趋向于形成反方向的弯曲变形，但实际上焊缝将两块钢板连成整体，不能分开，于是两块钢板的中间会产生横向拉应力，而两端则产生压应力；二是由于先焊的焊缝已经凝固，会阻止后焊焊缝在横向自由膨胀，使其发生横向塑性压缩变形。

试析焊接残余应力对钢结构性能的影响作用作者张红随着社会经济及科学技术的发展，钢结构以其材料强度高、自重轻、延性及抗震性好、工业化程度高、施工速度快等多个优点在现代化建设中得到了广泛的应用。

钢结构是利用钢材设计制作成构件后通过一定的连接方式将构件连接形成的，焊接是常用的钢构件连接方法，焊接过程中产生的焊接残余应力对钢结构有着较大的影响，是实际工程中需关注的主要问题之一。

1焊接残余应力的产生原因焊接残余应力产生的主要原因是焊接过程中的局部不均匀热输入。

按应力分布形式分以下三种：1.1纵向残余应力沿焊缝长度方向的残余应力称为纵向残余应力（如下图1）,钢材焊接是一个不均匀的加热和冷却过程，在焊接时，温度很高的焊缝及其附近区域和温度较低的临近区域会产生不均匀的温度场，进而产生不均匀的膨胀，低温度区的钢材膨胀小，限制高温度区钢材膨胀，产生热塑性压缩，冷却时，焊缝两侧钢材又会限制塑性压缩引起的焊缝缩短，产生纵向拉应力，由于焊接残余应力是一种内应力，无荷载作用，需要在焊件内部自相平衡，从而导致焊件上距焊缝稍远产生压应力。

图1纵向残余应力分布图2横向残余应力分布1.2横向残余应力横向残余应力是指垂直于焊缝方向的残余应力（如上图2）,受到塑性压缩焊缝的纵向收缩可使焊缝两侧的钢板形成反向弯曲变形，在两块钢板间会产生横向的拉应力，同时钢板的两端形成压应力；焊接时，焊缝焊接的先后顺序不同，先焊接的焊缝先凝固，可限制后焊接焊缝的膨胀，引起横向塑性压缩变形，冷却时，先焊接已凝固的焊缝限制后焊接焊缝的收缩形成横向拉应力，同时最后焊接的焊缝末端产生拉应力，两块钢板间的横向拉应力及两端的压应力与先焊接焊缝的横向拉应力及焊缝末端的拉应力合成最终形成焊缝的横向应力。

1.3沿厚度方向的残余应力焊件采用厚钢板时，焊接时需要多层施焊，由于焊接时不同厚度方向的温度分布不均匀，冷却时表面冷却较中间快，可在焊缝中间层形成拉应力，在外层形成压应力，从而形成除纵向和横向残余应力外的沿厚度方向的残余应力。

四川建筑科学研究Sichuan Building Science 第34卷　第3期2008年6月收稿日期:2007205214作者简介:李海锋(1983-),男,山东郓城人,硕士研究生,主要从事大跨度钢屋架结构研究。

E -ma il:lihai_feng@初弯曲和残余应力对箱型钢柱稳定极限承载力的影响李海锋,曹平周,韦芳芳(河海大学土木学院,江苏南京　210098)摘　要:采用有限元方法分析了初弯曲和残余应力对常用长细比范围内箱型钢柱稳定极限承载力的影响,同时考虑了几何非线性和材料非线性,并通过荷载—位移曲线确定箱型钢柱受压稳定极限承载力。

通过分析得出,初弯曲对箱型钢柱轴心受压稳定极限承载力影响较大,残余应力的影响相对较小,当既有初弯曲又有残余应力时,柱的稳定极限承载力将大为下降。

这可以为今后实际工程中箱型钢柱的设计和计算提供一定的参考。

关键词:初弯曲;残余应力;箱型柱;稳定中图分类号:T U312 文献标识码:A 文章编号:1008-1933(2008)03-030-04Effect of ulti m ate st ability capacity of steel boxi n g colu mn with resi dual stress and i n duced bendi n gL I Haifeng,Pingzhou,W E I Fangfang(College of Civil Engineering,Hehai University,Nanjing 210098,China )Abstract:It is analyzed the effects of ulti m ate stability capacity of steel boxing colu mn with induced bending or residual stress in the frequent slenderness rati o range .The l oad 2dis p lace ment curve is p ictured by finite ele ment method which considers geometry πs and material πs nonlinear in order t o definite the steel boxing colu mn πs ulti m ate stability capacity .It is shown that the induced bending has greater influence than residual stress πinfluence on steel boxing colu mn πs ulti m ate stability capacity and the influence of residual stress become more obvi ous when the steel boxing colu mn has residual stress .And it p r ovides the reference t o design and calculate the ne w actual steel boxing colu mn p r ojects .Key words:induced bending;residual stress;steel boxing colu mn;stability0　引　言近年来,随着钢产量的不断提高,钢结构在建筑结构应用中的比重也在不断增大。

2 第一章绪论硕士研究生学位论文1.2焊接残余应力的概念　焊接构件由焊接而产生的内应力称之为焊接应力，按作用时间可分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。

焊接过程中，某一瞬时的焊接应力称之为焊接瞬时应力，它随时间而变化焊后残留在焊件内的焊接应力称之为焊接残余应力[4]。

在冷焊、扩散焊、滚轧敷层和爆炸敷层等情况下，冷加工作用力是残余应力的源泉，它可单独作用，也可能附加于上述热效应之上。

在焊接过程中，焊接区以远高于周围区域的速度被急剧加热，并局部熔化。

焊接区材料受热而膨胀，热膨胀受到周围较冷区域的约束，并造成弹性热应力，受热区温度升高后屈服极限下降，热应力可部分超过该屈服极限。

结果焊接区形成了塑性的热压缩，冷却后，比周围区域相对缩短、变窄或减小。

因此，这个区域就呈现拉伸残余应力，周围区域则承受压缩残余应力。

冷却过程中的显微组织转变会引起体积的变化，如果这种情况发生在较低的温度，而此时材料的屈服极限足够高，则会导致焊接区产生压缩残余应力，周围区域承受拉伸残余应力。

可以运用以下的经验法则判别产生焊接残余应力构件受力情况：最后冷却的区域以热应力为主时，呈现焊接拉伸应力；而以相变应力为主时，呈现焊接压应力[5]。

1.3焊接残余应力产生的原因　焊接残余应力产生的主要原因是由焊接过程中不均匀加热所引起的。

焊接应力按其发生源来区分，有如下3种情况：(1)直接应力这是进行不均匀加热和冷却的结果，它取决于加热和冷却时的温度梯度，是形成焊接残余应力的主要原因。

(2)间接应力这是由焊前加工状况所造成的压力。

构件若经历过轧制或拉拔时，都会使之具有此类残余应力。

这种残余应力在某种场合下会叠加到焊接残余应力上去，而在焊后的变形过程中，往往也具有附加性的影响。

另外，焊件受外界约束产生的附加应力也属于此类应力。

(3)组织应力这是由组织变化而产生的应力，也就是相变造成的比容变化而产生的应力。

它虽然因含碳量和材料其它成分不同而有异，但一般情况下，这种影响必须要加以考虑的是，发生相变的温度和平均冷却速度。

焊接残余应力对构件的危害是1、对结构刚度的影响当外载产生的应力与结构中某区域的残余应力叠加之和达到屈服点时，这一区域的材料就会产生局部塑性变形，丧失了进一步承受外载的能力，造成结构的有效截面积减小，结构的刚度也随之降低。

2、对受压杆件稳定性的影响当外载引起的压应力与残余应力中的压应力叠加之和达到屈服点口。

，这一部分截面就丧失进一步承受外载的能力。

这就削弱了构件的有效截面积，并改变了有效截面积的分布，降低了受压杆件的稳定性。

3、对静载强度的影响没有严重应力集中的焊接结构，只要材料具有一定的塑性变形能力，残余应力不影响结构的静载强度。

反之，如材料处于脆性状态，则拉伸残余应力和外载应力叠加有可能使局部区域的应力首先达到断裂强度，导致结构早期破坏。

4、对疲劳强度的影响残余应力的存在使变载荷的应力循环发生偏移。

这种偏移，只改变其平均值，不改变其幅值。

结构的疲劳强度与应力循环的特征有关，当应力循环的平均值增加时，其极限幅值就降低，反之则提高。

因此，如应力集中处存在着拉伸残余应力，疲劳强度将降低。

5、对焊件加工精度和尺寸稳定性的影响机械加工把一部分材料从焊件上切除时，此处的残余应力也被释放。

残余应力原来的平衡状态被破坏，焊件发生变形，加工精度受影响。

6、对应力腐蚀开裂的影响应力腐蚀开裂是拉伸残余应力和化学腐蚀共同作用下产生裂纹的现象，在一定材料和介质的组合下发生。

应力腐蚀开裂所需的时间与残余应力大小有关，拉伸残余应力越大，应力腐蚀开裂的时间越短。

焊接残余应力消除方法有：利用锤击焊缝区来控制焊接残余应力焊后用小锤轻敲焊缝及其邻近区域，使金属展开，能有效地减少焊接残余应力。

利用预热法来控制焊接残余应力构件本体上温差越大，焊接残余应力也越大。

焊前对构件进行预热，能减小温差和减慢冷却速度，两者均能减小焊接残余应力。

利用“加热减应区法”来控制焊接残余应力焊接时，加热那些阻碍焊接区自由伸缩的部位，使之与焊接区同时膨胀和同时收缩，就能减小焊接应力，这种方法称为“加热减应区法”，加热的部位就称之为“减应区”。

残余应力对双轴对称工字形钢梁稳定承载能力的影响本文以残余应力为研究对象，基于非线性有限元理论，通过变化构件腹板，翼缘的残余应力峰值，从荷载-位移曲线、承载力的发展等方面入手，讨论了残余应力对双轴对称工字型钢梁稳定承载能力的影响。

标签：残余应力；工字型钢梁；稳定承载能力1 引言钢结构中的残余应力是由于构件在生产和制作过程中产生不均匀变形引起的。

由于生产工艺不同，形成的残余应力性质也不尽相同。

残余应力的存在会降低截面抗侧向刚度和构件平面内整体抗弯刚度，导致构件发生整体弯扭屈曲；残余应力的存在也会使局部板件提早进入塑性阶段，降低板件抗弯刚度，导致板件过早发生局部屈曲。

也有可能两者兼有，影响板件局部与构件整体的相关屈曲性能。

2 计算模型为清楚的说明残余应力对工字形钢梁稳定承载能力的影响，本文对梁两端的约束作了特殊处理。

梁一端约束Ux，Uy，Uz三个自由度，而另一端约束Uy，Uz两个自由度。

在考虑局部初始几何缺陷及非线性的条件下对构件的一端施加轴向荷载。

计算模型见图1。

材料假定为理想弹塑性体，屈服强度为235MPa，泊松比=0.3。

假定构件整体初始几何缺陷为一阶屈曲模态，峰值为0.001的构件长度；忽略局部初始几何缺陷。

构件纵向为z轴，腹板高度方向为y轴，腹板平面外方向为x轴，坐标系原点定义在梁一端的质心。

3 残余应力在ANSYS中的模拟（见图2）把残余应力编成初应力文件输入到ANSYS中。

所选单元为Shell181，沿厚度方向有5个非标准积分点，假设沿厚度方向残余应力无变化。

初应力文件如下：其中6个值分别代表了单元5个积分点的应力分量。

应力分量的方向根据单元坐标系来确定，SY就是代表全局坐标系中的残余纵向应力。

在模型中，翼缘分为10个单元，腹板分为25个单元，沿y方向分为50个单元。

4 计算分析为分析残余应力峰值对双轴对称工字型钢梁稳定承载能力的影响，取一组构件考虑三种残余应力分布情况进行比较分析。

构件尺寸：翼缘宽度200mm；翼缘厚度12mm；腹板高度500mm；腹板厚度8mm；构件长度4000mm。

残余应力对 H 型钢柱构件极限承载力的影响背景H 型钢柱作为一种常见的构件，承载着建筑物的重量。

在其制造过程中，往往会产生残余应力。

残余应力可以在很大程度上影响构件的性能和承载能力。

因此，研究残余应力对 H 型钢柱构件极限承载力的影响十分重要。

残余应力的定义残余应力是指在构件制造过程中受应力影响而留下的应力状态。

在 H 型钢柱的制造过程中，可能会出现拉伸、压缩和弯曲等多种类型的应力。

影响因素影响残余应力的因素有很多，例如材料的性质、加工参数、制造方法等。

在 H型钢柱的制造过程中，还需要考虑轧制温度、冷却速率、轧制路线和冷却方法等因素，这些都可能会对残余应力产生影响。

研究方法为了确定残余应力对 H 型钢柱构件极限承载力的影响，需要进行一系列的试验。

试验方法通常包括断裂试验、拉伸试验、压缩试验、扭转试验等。

在试验过程中，需要尽量模拟实际使用情况，以便更准确地反映残余应力对构件的影响。

结果分析通过试验和分析数据可以得出结论：残余应力对 H 型钢柱构件极限承载力有着显著的影响。

当残余应力较小时，构件的极限承载力相对较高。

然而，在应力过大的情况下，残余应力反而会导致构件的承载能力下降。

结论通过以上的研究，可以得出以下结论：在 H 型钢柱的制造过程中，应尽量减少残余应力的产生。

对于已经出现残余应力的构件，需要根据实际情况进行分析，并采取相应的解决方案，以确保构件的性能和安全。

参考文献1.张一田, 宋化昕. 残余应力对钢结构极限承载力的影响及其控制[J]. 工业建筑, 2004(4):15-19.2.王建军, 陈高松, 王万寿. 残余应力对 H 型钢梁承载能力的影响研究[J]. 建筑结构, 2005(1):18-21.3.刘亚芹. 残余应力对钢梁极限承载力的影响[J]. 建筑结构, 2007(2):60-63.。

热处理后的残余应力及其影响作用热处理残余应力是指工件经热处理后最终残存下来的应力,对工件的形状,尺寸和性能都有极为重要的影响。

当它超过材料的屈服强度时,便引起工件的变形,超过材料的强度极限时就会使工件开裂,这是它有害的一面,应当减少和消除。

但在一定条件下控制应力使之合理分布,就可以提高零件的机械性能和使用寿命,变有害为有利。

分析钢在热处理过程中应力的分布和变化规律,使之合理分布对提高产品质量有着深远的实际意义。

例如关于表层残余压应力的合理分布对零件使用寿命的影响问题已经引起了人们的广泛重视。

一、钢的热处理应力工件在加热和冷却过程中,由于表层和心部的冷却速度和时间的不一致,形成温差，就会导致体积膨胀和收缩不均而产生应力,即热应力。

在热应力的作用下,由于表层开始温度低于心部,收缩也大于心部而使心部受拉,当冷却结束时，由于心部最后冷却体积收缩不能自由进行而使表层受压心部受拉。

即在热应力的作用下最终使工件表层受压而心部受拉。

这种现象受到冷却速度,材料成分和热处理工艺等因素的影响。

当冷却速度愈快,含碳量和合金成分愈高,冷却过程中在热应力作用下产生的不均匀塑性变形愈大,最后形成的残余应力就愈大。

另一方面钢在热处理过程中由于组织的变化即奥氏体向马氏体转变时,因比容的增大会伴随工件体积的膨胀,工件各部位先后相变，造成体积长大不一致而产生组织应力。

组织应力变化的最终结果是表层受拉应力,心部受压应力,恰好与热应力相反。

组织应力的大小与工件在马氏体相变区的冷却速度,形状,材料的化学成分等因素有关。

实践证明,任何工件在热处理过程中,只要有相变,热应力和组织应力都会发生。

只不过热应力在组织转变以前就已经产生了，而组织应力则是在组织转变过程中产生的,在整个冷却过程中,热应力与组织应力综合作用的结果,就是工件中实际存在的应力。

这两种应力综合作用的结果是十分复杂的,受着许多因素的影响,如成分、形状、热处理工艺等。

就其发展过程来说只有两种类型,即热应力和组织应力,作用方向相反时二者抵消,作用方向相同时二者相互迭加。

H型钢翼缘切割过程残余应力场研究作者：孙会朝赵燕陈豪卫摘要：本文采用热力耦合弹塑性三维有限元方法，在对莱钢H型钢生产线HN800×300规格产品的轧制全过程仿真基础上，采用“单元生死”法，模拟了H型钢翼缘切割过程残余应力场转变，同时，对降低H型钢残余应力的方法做了模拟分析。

结果表明：H型钢切割过程中的腹板开裂，与轧后残余应力状态在切割过程中的转变直接相关；通过轧后翼缘外侧强制冷却的方法以及控制终轧断面温度的方法，可以均衡或降低大型H型钢产品内部的残余应力。

关键词：H 型钢切割残余应力引言H型钢作为一种经济断面型钢，已经被广泛应用，对H型钢研究与应用不断深入，钢中残余应力分布不均问题日益突出[1]。

目前国内对H型钢残余应力的研究[2-4]主要是从变形不均匀的角度出发，往往忽视了温度不均匀造成的残余热应力。

同时，随着数值计算的不断发展，数值模拟使材料加工过程在虚拟的环境下再现，模拟出H型钢在轧制过程中的应力、应变、金属流动、温度变化以及轧后的残余应力等情况【5】。

在大H型钢使用过程中，由于残余应力的影响，导致施工过程中切割翼缘时产生腹板开裂，严重时产生腹板爆裂现象。

通过数值模拟方法，可以获得切割翼缘时H 型钢残余应力场的转变的模拟结果。

本文采用ANSYS分析软件，选取HN800x300规格、Q235B钢种的H型钢为例，在采用分段计算及网格重构方法实现对连轧全过程的仿真和空冷残余应力场计算的基础之上，以空冷后的残余应力场为初始应力状态进行H型钢翼缘切割过程残余应力场转变模拟分析。

并对改善残余热应力分布的不同方法，进行了深入的仿真分析及研究，为热轧H型钢残余应力的控制提供理论依据。

1 有限元模型建立1.1 初始模型本文选取HN800x300 规格、Q235B 钢种的H 型钢为例，其轧件网格划分如图1 所示。

研究对象为轧件轧后空冷至常规状态下残余应力的计算结果，如图2 所示。

针对模型四分之一简化，在对称平面内采用对称约束边界条件。

焊接残余应力和焊接变形对钢结构的影响以及消除和调整的措施3200字摘要：随着焊接技术也已经发展的越来越普及，但是焊接残余应力和焊接变形对钢结构的影响非常大，必须加强对焊接质量研究。

本文对焊接残余应力和焊接变形对钢结构的影响以及消除和调整进行了探讨分析。

毕业关键词：焊接残余应力；焊接变形；钢结构；消除和调整1 焊接残余应力产生的原因1.1 塑性压缩造成的纵向残余应力在焊接的过程中，由于温度上的差距，焊缝及其周围都会受到因热膨胀和周围温度较低的金属的拘束，从而产生压缩塑性应变。

当焊接完成之后，温度骤减，母性材料就会制约着焊缝和近缝区域之间的收缩，这就在很大程度上导致了残余应力的存在。

并且残余应力的范围将会和高温环境下造成的塑性范围相一致，弹性拉伸区域和残余拉应力也是相对应的。

从这些都可以看出来，塑性压缩就是造成焊接过程中纵向残余应力的主要原因。

1.2 塑性压缩的应变导致的横向残余应力塑性压缩的应变，除了能够说成是造成纵向残余应力的主要原因，同时也能理解为造成横向残余应力的原因之一，但是造成横向残余应力的主要原因是母材的收缩。

当对母材进行焊接时，母材会出现膨胀现象，并且当焊接缝的金属材料逐渐形成固体时，膨胀中的母材必定会受到压缩，这种塑性压缩是横向收缩中的重要的一部分，焊缝自身那一小部分收缩仅仅只占到横向收缩的十分之一左右。

主要的横向收缩那部分存在于焊接缝沿着焊缝轴线进行切割后的中心区域，那才是拉应力中的横向应力。

2消除残余应力的方法2.1 热处理的方法这种方法对于焊件的性能有着至关重要的作用，它不仅可以消除残余应力，还能够改进焊接接头的性能。

热处理方法就是在焊件还处在高温条件下的时候，去降低屈服点和蠕变现象，从而实现去除残余应力的一种方法。

这种方法分为两个步骤，首先就是总体热处理，其次是局部热处理。

在总体热处理的过程中，加热的温度和保温时间和加热以及冷却速度都会影响到去除焊接残余应力的效果。

在局部热处理的过程中，一般只能降低残余应力的峰值，而不能直接消除残余应力。

残余应力峰值对H 型钢柱极限承载力的影响研究汤夕春　贺晓川　李维伟(武汉理工大学)摘　要:　以有限元分析软件A N SY S 为工作平台,基于非线性板壳有限元分析理论,采用大挠度弹塑性分析方法,考虑初始缺陷的影响,计算有不同热轧残余应力峰值下的H 型钢柱的极限承载力,得到主要影响钢柱极限承载力的因素,为热轧残余应力的统计提供一些参考意见。

关键词:　H 型钢柱;　残余应力;　极限承载力 钢构件中的残余应力是由于构件在生产和制作过程中产生不均匀变形引起的。

由于生产工艺不同,形成的残余应力性质也不尽相同,通常残余应力可分为3类:热轧残余应力、焊接残余应力和冷弯残余应力。

也可将前面2种统称为热加工残余应力,其中热轧残余应力是由于型材在热轧以后的截面各部分不均匀冷却引起的。

因为翼缘两端暴露于空气中的面积大于翼缘-腹板交界处的面积,所以翼缘端部冷却速度较快,从而在冷却较慢的翼缘与腹部连接部产生塑性变形。

然后当腹板继续冷却时,就在翼缘端部引起残余压应力,而在翼缘-腹板交界处,变形收缩受到端部的约束限制,从而产生残余拉应力。

我国自1998年后,国内相继有3家热轧H 型钢生产厂引进设备建成投产,填补了我国热轧H 型钢的空白,鉴于残余应力对极限承载力影响较大,因此国产热扎H 钢的热扎残余应力分布的主要因素-残余应力的各个峰值对钢构件承载力的敏感性有待做较详细的研究。

文中以截面尺寸为125mm ×125m m ×9mm ×6.5mm 长度范围为2～13m 的H 型钢柱为研究对象,运用ANSYS 通用有限元软件包,在考虑初始缺陷的前提下,分析热扎残余应力的不同峰值对H 型钢柱极限承载力的影响,为我国热扎H 型的残余应力统计提供一些参考意见。

1　模型的建立为了能够进行非线性分析、读入初始应力文件,并在保证精度的前提下提高计算效率,文中选用ANSYS 中的SHELL181单元。

为了能够解决在单元数量大、残余应力有变化的情况下,直接写初始应力工作量巨大的问题,用C 语言这一外部编辑器生成初始应力文件。

谈焊接残余应力对结构的影响毕长刚【摘要】This paper illustrates the welding residual stress causes and influential factors, describes the impact upon welding structure bearing capacity, fatigue strength, rigidity, stability and stress erosion crack, and finally explores some measures of reducing welding residual stress, with a view to guide practice.%综述了焊接残余应力产生的原因、影响因素及其对焊接结构承载力、疲劳强度、刚度、稳定性能和应力腐蚀开裂的影响。

最后，对一些减少焊接残余应力的措施进行了探讨，以指导实践。

【期刊名称】《山西建筑》【年(卷),期】2012(038)020【总页数】3页(P36-38)【关键词】焊接残余应力;结构影响;影响因素;措施【作者】毕长刚【作者单位】沈阳有色台金设计研究院,辽宁沈阳110003【正文语种】中文【中图分类】TU311钢材在焊接和冷却的过程中，其局部形成一个很不均匀的温度场，由于膨胀和收缩的程度和速度不同，温度场内各部分钢材的变形相互制约，产生了不可逆转的塑性变形，导致焊件在完全冷却后，其上仍然存在着残余应力，即焊接残余应力［1］。

残余应力的峰值甚至可能达到或超过材料的屈服极限，当这些焊接构件投入使用时，它们所受载荷引起的工作应力与其内部的焊接残余应力相叠加，将导致焊接构件产生二次变形和焊接残余应力的重新分布，使得钢材在保证稳定性能和其刚度方面的能力下降［2］。

焊接构件的焊接接头的疲劳强度的问题和钢材的刚性问题的影响因素在于焊接时的温度、焊接时所处的环境及在焊接过程中产生的应力，在这三方面因素的共同作用下产生的疲劳强度问题，还会对结构的抵抗脆断的性能、腐蚀开裂的性能及其在高温下的蠕变开裂的性能产生降低的效果。

残余应力对H型钢柱构件极限承载力的影响摘要：近年来，随着国产热轧H型钢投入生产后，使得H型钢广泛使用。

然而，由于热轧H型钢的残余应力存在使得钢结构构件中某些部位提前进入塑性状态，使构件极限承载力降低，而目前在钢结构构件极限承载力计算中，尚未找到一种很好的方法，来直接考虑残余应力的影响。

随着计算机普及应用和数值分析方法的不断发展，可以通过计算机建立与实际吻合的构件模型，较准确、快捷地计算出残余应力影响下的构件极限承载力。

因此，本文以H型钢为研究对象，运用大型有限元软件ANSYS建立残余应力模型，将残余应力作为初应力加入到有限元模型中，着重考虑残余应力对H型钢构件极限承载力的影响，并与GB50017—2003钢结构规范对于实腹式轴心受压构件的极限承载能力设计值和切线模量理论值对比，分析我国对于钢结构规范对于实腹式轴心受压构件的极限承载能力设计的安全程度。

关键词：有限单元法，切线模量理论，H型钢，残余应力，极限承载力1 H型钢介绍H型钢是钢结构工程中最常用的一种新型的经济断面钢材，其规范名称为“宽翼缘工字钢”，因为其断面形状与英文字母的“H”相似而得名。

其中生产制造工艺可分为热轧成型及焊接成型两种。

热轧H型钢可用连铸坯一火成材，比焊接H型钢成本低，但是其规格有限，焊接H型钢可以在规格上作为热轧H型钢的补充。

与一般工字钢相比，H型钢具有翼缘宽，侧向刚度大、良好的抗弯性能、翼缘表面相互平行、构造方便、可加工再生型材等优点。

H型钢具有造型美观，加工方便，节约工时，可以全天候施工等优点；H型钢具有平行的腿部，各种不同的H型钢可以很方便地组合成各种不同类型的构件，又便于机械和焊接作业，这不仅节约金属，而且可以大大缩短建设周期；H型钢尤其适合高层建筑施工，如摩天大楼，高速公路，大型飞机停机坪等建筑的施工[1]。

2 残余应力的产生残余应力是指在构件承受外荷载作用之前存在于构件内部并且能自相平衡的初始应力。

残余应力的产生受很多因素的影响，残余应力产生的主要原因是构件在生产和加工（钢材热轧、火焰切割、气割、焊接、冷弯、火工校正等）过程中，不均匀的高温加热和不均匀的冷却使钢材产生塑性变形而引起的。

XXXXXXXX大学本科生课程论文题目：H型钢残余应力的研究现状学生姓名：学号：专业：班级：指导教师：H型钢残余应力的研究现状摘要H型钢是一种截面面积分配更加优化、强重比更加合理的经济断面高效型材，因其断面与英文字母“H”相同而得名。

由于H型钢的各个部位均以直角排布，因此H型钢在各个方向上都具有抗弯能力强、施工简单、节约成本和结构重量轻等优点，已被广泛应用。

H型钢分为热轧H型钢和焊接H型钢（H）两种，热轧H型钢又分为宽翼缘H型钢（HW）中翼缘H型钢(HM)和窄翼缘H型钢（HN）三种。

众所周知，钢材中残余应力的存在对钢材的使用性能尤其是疲劳性能有很大影响。

钢材中残余应力的形成主要有三个途径：钢材在热轧或焊接后其断面的不均匀冷却、钢材组织发生相变、钢材受到矫直等冷加工。

本课题以H型钢为研究对象，分别从热轧后冷却残余应力、矫直后残余应力、焊接后残余应力三个方面研究H型钢残余应力的研究现状。

关键词：H型钢；残余应力；热轧；矫直；焊接The current research status of h-beam residual stressAbstractH section steel is a kind of cross section area allocation optimization and weight more reasonable than economic section effective profiles, because of its cross section the same as the English letter "H" the name. Since the different parts of h-beam with orthogonal configuration, so h-beam in all directions has bending capacity, simple construction, cost saving and structure light weight etc, and has been widely used. H-beam is divided into hot rolled H section steel and welding h-beam (H), hot-rolled h-beam is divided into wide flange h-beam (HW) of the h-beam flange (HM) and narrow the h-beam flange (HN) three. It is well known that the presence of residual stress in steel on the use of steel performance especially has a great impact on the fatigue performance. , the formation of the residual stress in steel there are three main ways: in the cross section of the steel after hot rolling or welding the uneven cooling, steel group phase change, steel cold straightening etc.This topic to h-beam as the research object, respectively from the cooling after hot rolling residual stress and residual stress after straightening, welding residual stress after three aspects study the current research status of h-beam residual stress.Key words:H-Beam; residual stress; hot rolling; straightening; weld目录摘要 (I)1.引言 (1)1.1研究背景 (1)1.2研究的目的和意义 (1)2 H型钢热轧后冷却残余应力 (1)2.1H型钢热轧过程中残余应力有限元模拟 (1)2.2温差对H型钢残余应力的影响 (2)2.3H型钢热轧后冷却残余应力小结 (4)3 H型钢矫直后残余应力 (4)3.1H型钢矫直残余应力分析 (4)3.2矫直对H型钢残余应力的影响 (5)3.3H型钢矫直后残余应力小结 (6)4 H型钢焊接后残余应力 (6)4.1 H型钢焊接残余应力分析 (6)5 结论 (8)参考文献 (9)1.引言1.1研究背景H型钢是一种经济型断面钢材，广泛用于工业、建筑、桥梁、石油钻井平台等方面，据预测2005年我国H型钢需求量约250万吨，2010年需求量500万吨，但目前我国H型钢年生产能力为120万吨，市场需求量非常巨大。

残余应力对材料性能和不锈钢自蔓延高温合成柱行为的影响课程：弹性与塑性力学基础学校：哈尔滨工业大学学院：材料科学与工程学院班级： 1209102姓名：孙雄凯学号： 14邮箱：2014年11月15日残余应力对材料性能和不锈钢自蔓延高温合成柱行为的影响摘要：本文描述了形成诱导残余应力的不锈钢SHS（立方空心型材），还有材料本身和压缩组分的行为的影响。

关于弹性和非线性的初始弹性模量的应力 - 应变图中的残余应力的贡献示出由作为交付和应力消除材料的比较。

分析模型涵盖了残余应力对材料性能的影响进行了研究和数字验证。

使用Abaqus软件进行有限元研究决定残余应力压缩的成分无论在局部和整体的影响。

最后，本研究对构件的行为包括不同程度的材料非线性的作为表示各种钢中的长和短柱与残余应力的行为的独立参数的影响。

关键字：不锈钢;立方空心截面;残余应力;冷成型1.简介不锈钢被越来越多地用作结构件，尤其是在矩形或圆形冷弯空心型材的形式。

最近出版的报告对不锈钢椭圆截面的性能进行分析。

本文的重点是由奥氏体不锈钢级这是最常用的等级的不锈钢的空心方形截面（SHS）。

但是，提出被认为结果是有效的其他奥氏体不锈钢和铁素体也和双相不锈钢。

形成薄壁结构的过程中引起的可能对结构行为一个显著影响残余应力。

在冷弯部分的残余应力，通常期望具有一个大的弯曲分量和相对低的膜成分;这些残留的应力是热引起的在焊接或热轧部分。

在不锈钢部分受到压缩，弯曲大的残留纵向弯曲应力实验性研究已经测量。

残余应力为碳钢SHS由密钥和汉考克测定，并提出了其在两个方向上的分布的模型。

讲的全不锈钢SHS / RHS的第一个测量由杨和吕出版和克鲁斯和加德纳，其中还提出了纵向弯曲部分的分布。

黄与杨于2012年发表了测量一个新的双相不锈钢等级论文。

在2011，预测公式，由Jandera和Machacek 出为纵向（在该构件轴线的方向）弯曲（σ）和膜（σm的部分纤维网），以及横向（沿）残留的弯曲（σ）强调。