焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力研究.pdf

1、焊接作為鋼結(jié)構(gòu)中的重要工藝，是一個牽涉到電弧物理、傳熱、冶金和力學的復(fù)雜過程，直接關(guān)系到工程質(zhì)量的好壞、結(jié)構(gòu)的安全。由于高度集中的瞬時熱輸入，在焊接過程中和焊后將產(chǎn)生相當大的殘余應(yīng)力和變形。焊接殘余應(yīng)力會嚴重影響結(jié)構(gòu)的使用性能，因此，對焊接殘余應(yīng)力進行計算和分析具有很重要的現(xiàn)實意義。本文從這一點出發(fā)，在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上結(jié)合數(shù)值計算的方法，運用有限元分析軟件Ansys對焊接溫度場和焊接殘余應(yīng)力場進行了三維實時動態(tài)模擬的研究，提出了基于

2、Ansys平臺的焊接溫度場和應(yīng)力的模擬分析方法，并針對T型角焊問題進行了實例計算，而且計算結(jié)果與試驗測量值基本吻合。 本文首先對焊接過程中的溫度場和應(yīng)力場的基本理論和數(shù)值模擬分析方法進行了闡述。在數(shù)值模擬計算過程中，本文采用Ansys軟件的熱-結(jié)構(gòu)耦合功能，利用間接耦合法，考慮了焊接溫度場對應(yīng)力應(yīng)變場的單向耦合，對T型角焊縫焊接過程中以及焊后的溫度場進行模擬計算。為了提高計算精度，本文對高溫時的材料物理性能參數(shù)進行了適當?shù)倪x取和

3、處理，對焊縫處網(wǎng)格進行細化，選取高斯函數(shù)分布的熱源模型，并利用Ansys軟件的APDL語言編寫程序?qū)崿F(xiàn)焊接熱源的移動加載。最后通過后處理，給出了焊接溫度場的動態(tài)變化圖，不同時刻焊縫處各點的溫度分布曲線，并描述了焊縫中心線及其熱響應(yīng)區(qū)各點的熱循環(huán)。 在溫度場計算準確的基礎(chǔ)上，將相應(yīng)的熱單元轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)單元，進行焊接殘余應(yīng)力的計算。運用生死單元法，將超過材料熔點的單元“殺死”，激活沒有超過熔點的單元，以動態(tài)模擬熔池金屬的熔化和凝固。通