T型接頭焊接溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬.pdf

1、焊接是一個(gè)涉及到電弧物理、傳熱、冶金和力學(xué)的復(fù)雜過(guò)程。焊接現(xiàn)象包括焊接時(shí)的電磁、傳熱過(guò)程、金屬的熔化和凝固、冷卻時(shí)的相變、焊接應(yīng)力和變形等。一旦能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)各種焊接現(xiàn)象的計(jì)算機(jī)模擬，我們就可以通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來(lái)確定焊接各種結(jié)構(gòu)和材料的最佳設(shè)計(jì)、最佳工藝方法和焊接參數(shù)。 T型接頭焊接件是焊接結(jié)構(gòu)中常見的。目前，船舶、機(jī)車、車輛、橋梁、鍋爐、立體車庫(kù)等工業(yè)產(chǎn)品，以及能源工程、海洋工程、航空航天工程、石油化工工程、大型廠房、高層建筑等重要

2、結(jié)構(gòu)，無(wú)一不用到T型接頭焊接結(jié)構(gòu)。但其焊接溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)、熱變形比厚板對(duì)接焊構(gòu)件要復(fù)雜得多，而且也沒(méi)有對(duì)稱性。目前在T型接頭焊接方面的數(shù)值模擬研究相對(duì)較少，而實(shí)際應(yīng)用中很多情況下對(duì)T型接頭的焊接質(zhì)量要求非常高，特別是對(duì)大型構(gòu)件，焊接質(zhì)量的好壞不僅影響經(jīng)濟(jì)效益而且有時(shí)直接關(guān)系到生命安全，因此深入這方面的數(shù)值模擬研究工作很有必要。本文以熱一彈塑性理論為基礎(chǔ)，利用有限元軟件ANSYS對(duì)T型接頭焊接件的焊接溫度場(chǎng)與焊接應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行三維數(shù)值模擬仿

3、真，得到焊件任何時(shí)刻的焊接溫度場(chǎng)、焊接過(guò)程應(yīng)力場(chǎng)的變化及焊件冷卻后的殘余應(yīng)力，并且比較了不同焊接速度對(duì)焊接溫度場(chǎng)的影響。本文主要做了如下幾個(gè)方面的研究工作： 1．建立了T型接頭焊接溫度場(chǎng)和焊接應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)三維移動(dòng)熱源有限元分析模型。為了提高計(jì)算精度，本文考慮了材料的熱物理性能和力學(xué)性能隨溫度的變化；采用過(guò)渡網(wǎng)格劃分形式劃分網(wǎng)格以保證焊縫處網(wǎng)格足夠細(xì)小，選取適當(dāng)?shù)挠?jì)算時(shí)間步長(zhǎng)，采用單元生死技術(shù)模擬焊接熔敷過(guò)程。 2．雖然焊接

4、溫度場(chǎng)與應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)是雙向耦合的，但由于應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)對(duì)溫度場(chǎng)的影響非常小，加上計(jì)算條件的限制，所以本文只考慮溫度場(chǎng)對(duì)應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的影響這一單項(xiàng)耦合。在模擬計(jì)算時(shí)，采用間接法，先計(jì)算溫度場(chǎng)，再進(jìn)行焊接應(yīng)力和應(yīng)變的計(jì)算。這樣可以節(jié)省大量的時(shí)間，使計(jì)算較為合理、高效。 3．對(duì)不同時(shí)刻的焊接溫度場(chǎng)分布情況以及不同點(diǎn)的熱循環(huán)曲線進(jìn)行分析，比較了不同焊接速度下的溫度場(chǎng)分布及特定點(diǎn)的熱循環(huán)。得出焊接速度對(duì)焊接接頭及熱影響區(qū)的影響，為焊接工藝改進(jìn)提供