角焊縫角變形數(shù)值預(yù)測方法研究.pdf

1、橋梁和船舶等制造業(yè)一直以來受到焊接變形導(dǎo)致的生產(chǎn)費用提高，延誤工期等問題的困擾。隨著計算機計算能力的不斷提高和數(shù)值計算技術(shù)的發(fā)展，有限元數(shù)值模擬成為研究各種焊接現(xiàn)象的重要手段。尋求預(yù)測焊接變形的簡便實用的數(shù)值方法，對提高生產(chǎn)效率，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的工程意義。 熱彈塑性有限元法是研究焊接現(xiàn)象的最根本的數(shù)值方法。該方法跟蹤整個焊接熱循環(huán)過程中溫度場和應(yīng)變應(yīng)力場的瞬態(tài)變化，計算結(jié)果可以達(dá)到較高精度。但對于實際大型焊接結(jié)構(gòu)，該方法不

2、但占用計算機資源，而且耗時冗長，故只適用于研究小型焊接接頭各種焊接現(xiàn)象的產(chǎn)生機制。要預(yù)測大型結(jié)構(gòu)的焊接變形，一般采用簡化的彈性有限元方法。然而，現(xiàn)有的簡化方法對于角焊縫角變形的預(yù)測效果并不理想。本文介紹了預(yù)測焊接變形簡化方法的思路和特點，指出了只有正確認(rèn)識焊接變形產(chǎn)生的本質(zhì)，才能充分有效利用簡化有限元方法預(yù)測焊接變形。 本文以非線性有限元分析為平臺，以T形焊接接頭為對象，用映射應(yīng)變分量的方法研究角焊縫角變形的產(chǎn)生機制。研究結(jié)果表

3、明，沿焊縫橫向的固有正應(yīng)變分量使直角略有變小，縱向和豎向固有正應(yīng)變分量均使直角略有變大，實際直角變小的角變形效果主要來源于平行于焊縫的平面內(nèi)垂直于焊縫方向的不均勻固有剪切應(yīng)變分量，另外兩個固有剪切應(yīng)變分量對角變形的影響可以忽略。 本文通過對角焊縫熱彈塑性數(shù)值結(jié)果的處理和分析，提出了角焊縫固有剪切應(yīng)變的雙拋物面分布模型，并通過大量有限元數(shù)值實驗歸納出模型函數(shù)表達(dá)式中各待定參數(shù)與焊縫長度、熱輸入密度、焊件厚度等因素之間的經(jīng)驗公式。

4、 基于固有剪切應(yīng)變的雙拋物面分布模型，本文進(jìn)一步提出了預(yù)測角焊縫角變形的固有剪切應(yīng)變法。該方法將角焊縫處固有剪切應(yīng)變分量的修正近似值作為焊接結(jié)構(gòu)的初始應(yīng)變，施加在有限元模型相應(yīng)的角焊縫區(qū)域，通過線彈性分析預(yù)測角焊縫焊接結(jié)構(gòu)的角變形效應(yīng)。本文用固有剪切應(yīng)變法對T形接頭和加筋板進(jìn)行了焊接角變形預(yù)測，并開展了相應(yīng)的焊接實驗，預(yù)測結(jié)果和實驗結(jié)果吻合較好。 固有剪切應(yīng)變法糾正了傳統(tǒng)的簡化方法用橫向固有正應(yīng)變預(yù)測角焊縫角變形的方向性錯