鋼厚板焊接殘余應(yīng)力研究.pdf

1、在鋼結(jié)構(gòu)焊接和冷卻過程中，由于局部短時(shí)間內(nèi)高度集中的熱輸入使得焊縫區(qū)和母材區(qū)將產(chǎn)生殘余應(yīng)力和應(yīng)變。焊接構(gòu)件中的殘余應(yīng)力常常達(dá)到甚至超過母材和焊縫金屬的屈服強(qiáng)度。焊接殘余應(yīng)力是結(jié)構(gòu)應(yīng)力腐蝕開裂、疲勞破壞和脆性破壞重要誘因之一。殘余應(yīng)力可以使得構(gòu)件局部先于其它部分進(jìn)入塑性狀態(tài)，從而降低構(gòu)件的穩(wěn)定承載能力。目前，針對(duì)薄板的焊接殘余應(yīng)力開展的研究較多，但針對(duì)厚板和特厚板的相關(guān)研究很少。因此，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力特別是厚板焊接殘余應(yīng)力的研究顯得至

2、關(guān)重要。
　　 本文對(duì)焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬領(lǐng)域的研究進(jìn)展作了綜述，討論了焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算理論，并對(duì)有限元模型的建立作了詳細(xì)介紹。本文研究對(duì)象為50mm厚的低合金高強(qiáng)度鋼板（42級(jí)A572），焊接方法為自動(dòng)埋弧焊，焊縫形式及尺寸參照紐約時(shí)報(bào)廣場(chǎng)大樓角柱焊接加工工程。利用大型有限元軟件ANSYS對(duì)“單道焊”和“雙道焊”兩種焊接工藝下構(gòu)件的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分別進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。模擬過程中的關(guān)鍵技術(shù)有:(1)對(duì)焊接熱源三維模型的

3、簡(jiǎn)化處理;(2)單元生死技術(shù)被用來模擬焊縫金屬的逐步填充過程;(3)接觸單元被用來模擬鋼板接觸面的接觸傳熱和可受壓的特性;(3)利用間接法對(duì)焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行耦合分析，成功獲得了兩種焊接工藝下鋼板溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的分布。計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況基本吻合，但精確度仍需通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。
　　 通過不同時(shí)刻溫度云圖和多個(gè)采樣點(diǎn)的熱循環(huán)曲線來描述鋼板溫度場(chǎng)的變化情況;構(gòu)件截面的應(yīng)力分布情況通過應(yīng)力云圖和三維圖像進(jìn)行了對(duì)比分析。對(duì)比分析發(fā)