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无论是高周疲劳破坏或是超低周疲劳破坏,焊接接头裂纹萌生位置往往位于焊接接头的应力、应变集中处,焊接接头的构造形式对钢结构服役性能有不可忽视的影响。对裂纹萌生位置的应力或者应变集中程度进行数值分析时,需要密度较高的网格,模型计算量较大。结构多尺度分析方法具有兼顾不同尺度要求的功能,在疲劳分析中可以发挥计算优势。本文在通用有限元程序ABAQUS平台上利用用户自定义单元(UEL)功能,开发了基于Arlequin算法的结构多尺度计算程序,以T型焊接接头以及十字焊接接头为对象,分析了焊接接头的局部应力、应变分布参数,讨论参数对超低周疲劳以及高周疲劳强度的影响。论文主要研究工作以及得到的结论如下:1、基于Arlequin算法以及ABAQUS软件的用户自定义单元UEL功能,推导了板壳-板壳耦合、板壳-实体耦合以及实体-实体耦合单元刚度矩阵,开发了Arlequin法在ABAQUS上实现的耦合单元,通过算例验证了用户自定义单元的准确性。2、应用本文开发的Arlequin算法耦合单元,在ABAQUS平台上计算了 T型焊接接头以及十字接头在反复荷载下的局部塑性应变性能,以焊趾半径、未熔透区长度、未熔透区宽度、焊趾平整为计算参数,分析了各种参数对于接头超低周疲劳寿命的影响。计算结果表明焊趾位置与未熔透端部是焊接接头的超低周疲劳易损位置,且未熔透区长度大于20%左右时,未熔透区端部为易损位置;焊趾半径对焊趾局部塑性应变有较大的影响,增大焊趾半径可有效提升钢结构在循环荷载下超低周疲劳性能;焊趾表面的平整性对局部塑性应变影响较大,尖锐的凹坑会明显减低焊接接头的超低周疲劳性能,而磨平的焊趾表面可减少局部塑性应变,提高接头的超低周疲劳强度。3、应用本文开发的Arlequin算法耦合单元,在ABAQUS平台上计算了 T型焊接接头以及十字接头的应力集中系数,以焊趾半径、焊趾倾角、焊缝高度、未熔透区端部类型、未熔透区长度、未熔透区宽度、焊趾平整等作为计算参数,分别以弯曲和拉伸作为加载条件,分析了不同参数对焊接接头的应力集中系数的影响。从分析结果中可以发现,无论是在拉伸或者是弯曲荷载下,焊趾半径对应力集中系数影响较大,焊趾半径为0.2mm与4.0mm时,应力集中系数相差80%。对于焊趾处的圆形凹陷而言,缺陷深度越深,应力集中系数越大,缺陷半径越大,应力集中系数越小。无论是拉伸荷载或者是弯曲荷载V型缺陷对于应力集中的影响最明显。