磨機筒體對接接頭焊接熱過程有限元分析研究.pdf

1、本文系統(tǒng)地論述了焊接過程的非線性有限元分析理論，并采用大型通用有限元分析(FEA)軟件ANSYS對某滑履磨機筒體對接接頭試驗模型的溫度場、應力場進行了有限元分析，獲得了接頭應力分布的大小和分布規(guī)律，并將分析結果同現(xiàn)場測試結果進行了比較，獲得了較好的吻合性，最后對筒體對接接頭的最后一道蓋面層焊的溫度場和應力場進行了分析。因此，本文研究工作只是應用性的研究成果，主要研究內(nèi)容如下： (1)通過對目前國內(nèi)外焊接熱過程的數(shù)值分析技術發(fā)展水

2、平現(xiàn)狀的研究，確定了一套對X型坡口對接焊進行數(shù)值分析研究的方法和經(jīng)驗，搭建了一個研究平臺：首先，積累了大量有限元網(wǎng)格劃分、熱源模型選用、數(shù)值求解策略等方面的經(jīng)驗和技能；其次，對ANSYS非線性有限元分析的基本理論有了較為充分的了解和掌握，從而為實現(xiàn)焊接熱過程的有限元分析奠定了一定的理論基礎。 (2)本文在綜合歸納各種焊接熱源模型的基礎上，擬綜合采用生死單元法和高斯熱源模型對試驗模型多道焊進行有限元分析。通過控制單元的生死，模擬焊

3、縫金屬的填充、熔化和凝固，同時采用分段移動高斯熱源模型，實現(xiàn)了焊接熱源的移動，從而比較快而準確地模擬焊接熱源的移動過程。 (3)根據(jù)所選熱源模型并應用ANSYS軟件對試驗模型進行溫度場三維有限元分析，并將有限元計算結果與理論計算值進行比較，取得了良好的吻合性。同時在分析中，各所選取的采樣點的的溫度——時間曲線呈穩(wěn)態(tài)分布，從而證明了有限元分析結果的可靠性和合理性。 (4)在獲取瞬態(tài)溫度場的基礎上，采用熱一結構間接耦合法對焊

4、接熱應力場進行了有限元分析和研究，獲得了X型坡口焊接接頭殘余應力分布規(guī)律和大小。 (5)應用盲孔法對平板焊接試驗模型上下表面焊縫及其近縫區(qū)的焊接殘余應力進行了現(xiàn)場測試，測點的應力大小和規(guī)律跟有限元計算值取得了較好的一致。 (6)分析簡體對接接頭的最后一道蓋面層焊的溫度場和應力場，建立了平板焊接模型焊縫殘余應力與管道環(huán)焊縫殘余應力之間的聯(lián)系，其殘余應力的形成機理等同。因而對直徑較大的厚壁圓筒對接焊進行模擬分析時，采用平板試