【摘 要】
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焊接空心球节点是网架结构常用的节点形式之一,该节点中钢管通常采用热轧的无缝钢管,而钢材在焊接、冶炼、轧制过程中,由于不均匀的冷却过程和组织结构的变化,可能出现较大的残余应力,残余应力会直接影响结构和焊接接头的疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性和使用寿命。目前,型钢等金属材料的残余应力已被大量学者深入研究,但对于焊接空心球节点无缝钢管表面残余应力的研究较少。因此,在国家自然科学基金项目(51578
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焊接空心球节点是网架结构常用的节点形式之一，该节点中钢管通常采用热轧的无缝钢管，而钢材在焊接、冶炼、轧制过程中，由于不均匀的冷却过程和组织结构的变化，可能出现较大的残余应力，残余应力会直接影响结构和焊接接头的疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性和使用寿命。目前，型钢等金属材料的残余应力已被大量学者深入研究，但对于焊接空心球节点无缝钢管表面残余应力的研究较少。因此，在国家自然科学基金项目（51578357）和山西省自然科学基金项目（201901D111089）的资助下，本文采用试验与数值模拟相结合的方法，研究焊接空心球节点无缝钢管表面残余应力的大小和分布规律，研究对象为焊接空心球构件KQ6-3、KQ6-4、KQ6-5，具体的研究内容、研究方法及研究成果如下：
1、利用盲孔法对焊接空心球节点进行残余应力实测，不仅在远离管趾400mm一周和远离球趾150mm一周进行均匀布测，也在管-球焊缝上方400mm的钢管和管-球焊缝下方150mm的空心球竖向范围内进行均匀布测，最终得到无缝钢管表面、远离球趾表面和竖向测点表面的残余应力大小和分布规律；
2、利用ANSYS/LS-DYNA及LS-PrePost非线性有限元分析软件，建立φ159mm×2500mm的钢管及六斜矫直辊的三维数值模型，模拟钢管被冷矫直的过程，分析得到钢管在径向和环向的残余应力大小和分布规律，并以矫直辊压下量为变量，分析压下量为2mm、3mm、4mm时对残余应力的影响情况，得到压下量越大残余应力越大的结论；
3、基于Visual-Environment非线性有限元分析软件，建立焊接空心球节点三维模型，模拟管-球的焊接过程，计算残余应力场，得到焊接过程中远离管趾400mm一周、远离球趾150mm一周和竖向的残余应力大小和分布规律；
4、综合分析比较试验和模拟结果，最终得出焊接空心球节点无缝钢管表面残余应力的大小和分布规律以及远离球趾和竖向测点的残余应力的大小和分布规律，分析轧制、焊接对焊接空心球节点不同位置的影响，为以后的实验研究和工程实践提供参考依据。
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