本文选用Q345和Q420两种钢材强度,对常采用的板肋加劲板和T肋加劲板的焊接残余应力分布进行试验和数值模拟研究,以便提出供稳定和疲劳应用的两种开口肋加劲板焊接残余应力的简化计算方法。研究的主要内容和成果如下:(1)通过单向拉伸试验对Q345和Q420两种钢进行应变释放系数研究,分析弹性范围内应变释放系数A、B的取值范围,并改变应变释放系数的取值,研究应变释放系数变化对残余应力分布的影响。建立单向拉伸的有限元模型,通过计算获得应变释放系数A和B,将数值模拟结果与试验结果进行对比验证,二者吻合,验证了有限元模型的准确性,并对应变释放系数进行塑性修正,线性拟合获得应变释放系数的塑性修正公式。(2)利用ANSYS软件建立板肋加劲板有限元模型,采用ANSYS中的生死单元技术模拟焊缝焊接的熔融和冷凝,模拟板肋加劲板的温度场和应力场,获得焊接残余应力分布。考虑板肋厚度和高度以及熔池面积的变化,共设计了 Q345和Q420试件各9个,采用盲孔法测试,获得试件纵向和横向残余应力分布,并将试验结果与有限元结果进行对比验证,试验结果与有限元结果吻合,验证了有限元模型的准确性。(3)利用ANSYS软件建立T肋加劲板有限元模型,采用ANSYS中的生死单元技术模拟焊缝焊接的熔融和冷凝,模拟T肋加劲板的温度场和应力场,获得焊接残余应力分布。考虑母板宽度、腹板厚度以及翼缘厚度的变化,共设计了 Q345试件10个Q420试件9个,采用盲孔法测试,获得试件纵向和横向残余应力分布,并将试验结果与有限元结果进行对比验证,试验结果与有限元结果吻合,验证了有限元模型的准确性。(4)改变加劲肋个数和加劲板长度对开口加劲板有限元模型进行简化分析,研究热-物理参量(热导率、密度、比热容)、热-力学参量(热膨胀系数、泊松比、弹性模量)以及焊接工艺(焊接顺序、焊接速度、焊接热量以及熔池面积)的变化对残余应力分布的影响。结果表明:众多影响因素中,散热系数、热导率和加劲肋个数最小,泊松比、热膨胀系数、比热容次之,熔池面积、弹性模量最大。