隨焊錘擊應力場數(shù)值模擬的研究.pdf

1、焊接過程是一個快速、不均勻的熱循環(huán)過程,焊縫附近的溫度梯度很大。焊接過程溫度分布不平衡,接近焊接區(qū)域的材料膨脹率和收縮率不同,導致了復雜的三維殘余應力狀態(tài),伴隨產(chǎn)生暫時的或永久的焊接變形,并且不可避免地會在工件內(nèi)產(chǎn)生復雜的焊接殘余應力、裂紋、氣孔等缺陷,影響焊接結構的質(zhì)量和使用性能。
　　 隨焊錘擊是近些年發(fā)展起來的焊接新技術,具有設備簡單、操作靈活、工作效率高的優(yōu)點。焊件通過錘擊處理可以有效降低和消除焊接殘余應力,避免焊接裂紋

2、的產(chǎn)生,提高焊縫的疲勞強度,調(diào)整焊接殘余應力分布狀態(tài)。在錘擊系統(tǒng)中,振動錘的參數(shù)選擇對焊接殘余應力的消除也有很大的影響,必須要根據(jù)焊接過程中溫度場的變化來確定振動錘形狀、錘擊的開始時間、以及錘擊力的強度、錘擊頻率等參數(shù)。這樣就可以更好地控制錘擊的效果,消除焊接應力。通過對各種焊接現(xiàn)象的計算機模擬,可以得到不同時刻焊接溫度場和應力場的分布情況,就可以為隨焊錘擊工藝提供錘擊位置、錘擊時機等參考依據(jù)。
　　 通過系統(tǒng)討論焊接過程的有限

3、元分析方法和理論,對焊接過程中的溫度場和應力場的基本理論和數(shù)值模擬分析方法進行了研究,利用間接藕合法,首先模擬焊接過程中的溫度場分布,然后將溫度場模擬結果以載荷的形式添加到應力場的分析過程,即可以得到應力場的分布;然后將模擬溫度場和應力場分布規(guī)律與傳統(tǒng)結果進行比較,并通過實驗進行驗證。
　　 本文研究的主要內(nèi)容有:首先對焊接過程進行合理的假設,建立了焊件的三維模型,適當?shù)暮喕吔鐥l件,合理的劃分網(wǎng)格結構,確定了單元類型;建立了高

4、斯函數(shù)分布的面熱源模型,利用ANSYS軟件的APDL語言編寫程序,實現(xiàn)焊接熱源的移動,采用生死單元方法,解決了焊接熱源在平板多道焊縫焊接過程中的數(shù)學模擬問題;通過改變單元屬性的方法,解決材料的熔化、凝固等相變問題;采用牛頓-拉普森迭代方法,解決了模擬過程中的不收斂問題;對焊接過程進行了實時動態(tài)模擬,得到了焊接溫度場的溫度分布圖和應力場的殘余應力分布圖和相應的分布規(guī)律,與傳統(tǒng)焊接理論相比較,為錘擊時機的選擇提供理論依據(jù);最后采用小孔法對焊