焊接三維殘余應(yīng)力的檢測(cè)與數(shù)值模擬.pdf

1、隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，焊接技術(shù)正滲透到橋梁、汽車、船舶、電力、石油、化工以及航空航天等各個(gè)領(lǐng)域，焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，尤其是對(duì)焊接殘余應(yīng)力的要求更為苛刻，對(duì)殘余應(yīng)力的檢測(cè)技術(shù)也提出了更高要求，即準(zhǔn)確可靠、快速而且非破壞性。采用數(shù)值模擬技術(shù)研究焊接過(guò)程在焊接領(lǐng)域計(jì)算機(jī)應(yīng)用中占有重要位置，通過(guò)焊接模型的建立，焊接工藝參數(shù)的輸入，再應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行大量計(jì)算，就能得出焊接構(gòu)件的應(yīng)力場(chǎng)分布狀態(tài)。
　　 通過(guò)電解逐層腐蝕剝層法與X射

2、線衍射法對(duì)船用結(jié)構(gòu)鋼Q345中厚板對(duì)接焊和角接焊的焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行測(cè)量；通過(guò)數(shù)值模擬的方法，利用大型有限元軟件ANSYS建立三維有限元模型，構(gòu)建并分析焊接模型的溫度場(chǎng)和應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)，并對(duì)測(cè)試和模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，確定數(shù)值模擬結(jié)果是否具有準(zhǔn)確性，分析并總結(jié)影響X射線衍射法測(cè)量焊接殘余應(yīng)力準(zhǔn)確性和有限元模型精度的因素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：
　　 ①采用電化學(xué)腐蝕剝層方法，對(duì)Q345鋼平板對(duì)接焊試件進(jìn)行了剝層處理。在剝層過(guò)程中，考慮了影響腐蝕

3、過(guò)程、腐蝕面質(zhì)量以及腐蝕速率的多種因素。根據(jù)腐蝕電流的變化以及腐蝕效果隨時(shí)間的變化可把恒壓腐蝕過(guò)程分為電解腐蝕階段和電解拋光階段。采用恒壓腐蝕并對(duì)其他幾個(gè)主要因素進(jìn)行適當(dāng)控制，對(duì)Q345焊板進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間、大面積、大深度腐蝕，可獲得較好的腐蝕效果。結(jié)果表明電化學(xué)腐蝕剝層在表層殘余應(yīng)力測(cè)試中具有較好的應(yīng)用效果。
　　 ②對(duì)有限元模型采用了分區(qū)網(wǎng)格劃分。在焊縫區(qū)和熱影響區(qū)，采用小尺寸網(wǎng)格劃分，以保證計(jì)算精度；在遠(yuǎn)離焊縫區(qū)采用單元大尺寸

4、網(wǎng)格劃分，以減小運(yùn)算量、提高運(yùn)算效率。模型計(jì)算采用直接法，各區(qū)耦合單元都選用SOLID5，以提高非線性計(jì)算的收斂性。采用生死單元法，實(shí)現(xiàn)了不同道次焊縫的模擬焊接，使模型更貼近多道焊焊接實(shí)際過(guò)程。
　　 ③通過(guò)對(duì)比測(cè)試結(jié)果和模擬結(jié)果，不論是平板對(duì)接焊縫還是角接焊，其沿層深方向分布的殘余應(yīng)力在平行、垂直于焊縫方向應(yīng)力測(cè)量值與有限元模型模擬值大體上是比較吻合的，擬合曲線變化趨勢(shì)大致相同，但個(gè)別測(cè)試點(diǎn)與模擬點(diǎn)存在一定誤差。這說(shuō)明數(shù)值模