钢管塔K节点疲劳性能和静力破坏试验及有限元分析

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电力行业的发展在很大程度上决定一个国家的经济发展程度,而输电塔的快速发展加快了电力行业的发展。输电塔的关键部位则是塔身节点,虽然塔身节点的研究只有几十年的历史,但很多国家已逐步形成一整套完善的节点设计标准。   受中国电力科学研究院的委托,对钢管塔K节点的疲劳性能和承载能力进行了试验研究。通过模拟风荷载的拉、压往复作用,对输电塔的钢管K节点进行疲劳试验研究。试验中当疲劳次数达到2×105次左右时,节点处发出了机械摩擦声。暂停加载并进行检查与分析,初步断定为在疲劳荷载作用下,螺栓与孔壁之间产生应力较大导致节点产生应力疲劳。继续进行疲劳试验,当节点在5×105次循环后仍未破坏,则停止疲劳试验,并对其进行静力加载破坏试验,得到了节点失稳破坏的临界压力和相应的破坏形态。   为对数值模拟与试验结果进行比较,应用大型有限元软件ANSYS对节点进行有限元分析。采用solid45和shell93两种单元对节点进行三维建模,并对节点进行非线性静力分析和屈曲分析。对节点进行静力分析所施加的荷载为试验时节点破坏的荷载,根据屈曲分析可以得出节点的屈曲荷载和屈曲模态。对比静力分析、屈曲分析及试验结果,可以得出节点的破坏主要为屈曲破坏,并且疲劳试验5×105次对节点的整体强度影响不大。最后,改变部分参数对节点进行有限元分析,通过参数分析讨论诸参数对节点屈曲荷载的影响。  
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