基于ANSYS的焊接溫度場和應(yīng)力的數(shù)值模擬研究.pdf

1、焊接是一個涉及電弧物理、傳熱、冶金和力學(xué)的復(fù)雜過程。焊接現(xiàn)象包括焊接時的電磁、傳熱過程、金屬的熔化和凝固、冷卻時的相變、焊接應(yīng)力和變形等。一旦能夠?qū)崿F(xiàn)對各種焊接現(xiàn)象的計算機(jī)模擬，我們就可以通過計算機(jī)系統(tǒng)來確定焊接各種結(jié)構(gòu)和材料的最佳設(shè)計、最佳工藝方法和焊接參數(shù)。 焊接是一個局部快速加熱到高溫，并隨后快速冷卻的過程。隨著熱源的移動，整個焊件的溫度隨時間和空間急劇變化，材料的物理性能參數(shù)也隨溫度劇烈變化，同時還存在熔化和相變時的潛熱

2、現(xiàn)象。因此，焊接溫度場的分析屬于典型的非線性瞬態(tài)熱傳導(dǎo)問題。因為焊接溫度場分布十分不均勻，在焊接過程中和焊后將產(chǎn)生相當(dāng)大的焊接應(yīng)力和變形。焊接應(yīng)力和變形的計算中既有大應(yīng)變、大變形等幾何非線性問題又有彈塑性變形等材料非線性問題。焊接溫度場與應(yīng)力場是雙向藕合的，由于應(yīng)力應(yīng)變場對溫度場的影響比較小，加上計算條件的限制，前人更多地只考慮溫度場對應(yīng)力場的影響這一單向藕合。本文在考慮焊接溫度場與應(yīng)力場是雙向藕合的情形下進(jìn)行了嘗試。在總結(jié)前人經(jīng)驗的基

3、礎(chǔ)上，通過平板堆焊實例利用直接法同時計算焊接溫度場和應(yīng)力場，模擬出了焊接過程。 本文研究的主要內(nèi)容包括：在計算過程中材料性能隨溫度變化而變化，屬于材料非線性問題；選用高斯函數(shù)分布的熱源模型，利用函數(shù)功能實現(xiàn)熱源的移動。建立了焊接瞬態(tài)溫度分布數(shù)學(xué)模型，解決了焊接熱源移動的數(shù)學(xué)模擬問題；討論了熱源移動速度、焊弧有效半徑等參數(shù)對結(jié)果的影響。對焊接過程產(chǎn)生的應(yīng)力進(jìn)行了實時動態(tài)模擬，利用本文模擬分析方法，可以對焊接過程的熱應(yīng)力及殘余應(yīng)力進(jìn)