T型接頭焊接溫度場與應力場的數(shù)值模擬.pdf

1、焊接是一個涉及到電弧物理、傳熱、冶金和力學的復雜過程。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)象的計算機模擬，我們就可以通過計算機系統(tǒng)來確定焊接各種結(jié)構和材料的最佳設計、最佳工藝方法和焊接參數(shù)。 T型接頭焊接件是焊接結(jié)構中常見的。目前，船舶、機車、車輛、橋梁、鍋爐、立體車庫等工業(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，無一不用到T型接頭焊接結(jié)構。但其焊接溫度場、熱應力場、熱變形比厚板對接焊構件要復雜得多，而且也沒有對稱性。目前在T型接頭焊接方面的數(shù)值模擬研究相對較少，而實際應用中很多情況下對T型接頭的焊接質(zhì)量要求非常高，特別是對大型構件，焊接質(zhì)量的好壞不僅影響經(jīng)濟效益而且有時直接關系到生命安全，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，利用有限元軟件ANSYS對T型接頭焊接件的焊接溫度場與焊接應力場進行三維數(shù)值模擬仿

3、真，得到焊件任何時刻的焊接溫度場、焊接過程應力場的變化及焊件冷卻后的殘余應力，并且比較了不同焊接速度對焊接溫度場的影響。本文主要做了如下幾個方面的研究工作： 1．建立了T型接頭焊接溫度場和焊接應力應變場三維移動熱源有限元分析模型。為了提高計算精度，本文考慮了材料的熱物理性能和力學性能隨溫度的變化；采用過渡網(wǎng)格劃分形式劃分網(wǎng)格以保證焊縫處網(wǎng)格足夠細小，選取適當?shù)挠嬎銜r間步長，采用單元生死技術模擬焊接熔敷過程。 2．雖然焊接

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