薄板焊接過程數(shù)值模擬與試驗(yàn)研究.pdf

1、本文在詳細(xì)綜述國(guó)內(nèi)外焊接過程數(shù)值模擬發(fā)展情況的基礎(chǔ)上，闡述了進(jìn)行焊接過程數(shù)值模擬的重要性，同時(shí)指出了目前存在的問題。在研究中，應(yīng)用ANSYs有限元分析軟件對(duì)薄板結(jié)構(gòu)焊接溫度場(chǎng)、應(yīng)力和變形的演化過程、屈曲變形進(jìn)行數(shù)值分析。通過薄板焊接熱循環(huán)曲線、薄板焊接殘余應(yīng)力和變形的測(cè)試試驗(yàn)，驗(yàn)證模擬分析結(jié)果。 主要研究結(jié)果如下： 1．建立了薄板焊接過程數(shù)值模擬有限元模型。提出了基于焊縫單元形心坐標(biāo)的焊縫單元排序方法，在焊接過程中，沿焊

2、接方向逐次“激活”焊縫單元可以有效地模擬焊縫金屬的填充過程。 2．采用三種不同的熱源加載模式(高斯分布、雙橢球分布，生死單元方法)進(jìn)行薄板三維焊接溫度場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，生死單元方法熱源模型是一種簡(jiǎn)單的熱源加載模式，其計(jì)算效率優(yōu)于其它兩種加載方法。計(jì)算出的薄板焊接溫度場(chǎng)具有準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)特征。 3．提出了應(yīng)用生死單元模擬熔化金屬的方法，采用間接耦合法對(duì)焊接應(yīng)力和變形的演化過程進(jìn)行數(shù)值模擬分析。計(jì)算結(jié)果表明，殘余應(yīng)力具有對(duì)

3、稱分布的規(guī)律，縱向的殘余應(yīng)力在焊接變形中起主導(dǎo)作用，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際的殘余應(yīng)力分布特征相吻合。垂直板平面的焊接變形可以采用拋物面 4．應(yīng)用特征屈曲分析方法，研究薄板焊接過程的屈曲變形，提出了薄板焊接屈曲失穩(wěn)判據(jù)，即當(dāng)焊接收縮載荷F<,APP>大于臨界屈曲載荷F<,CBL>時(shí)，薄板開始發(fā)生屈曲失穩(wěn)變形。 5．應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)焊接熱循環(huán)動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，對(duì)薄板焊接熱循環(huán)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量點(diǎn)的焊接熱循環(huán)曲線與數(shù)值模擬結(jié)果比較吻合，驗(yàn)