錘擊消除焊接應力的數值模擬.pdf

1、錘擊處理是一種非常有效的消除焊接殘余應力的方法，具有獨特的優(yōu)越性，在實際工程中應用比較廣泛。然而，其研究還遠遠不能滿足實際應用的需要。本文采用數值模擬技術，在大型商業(yè)通用有限元分析軟件ANSYS基礎上，對錘擊消除焊接殘余應力進行了初步研究。 本文基于熱彈塑性理論對焊接應力應變場進行了模擬分析，在接觸理論的基礎上，采用接觸單元技術建立沖擊-接觸問題的有限元模型，計算分析沖擊接觸的力學行為與錘擊消應力效果。最后，利用APDL語言編制

2、了具有一定通用性的參數化模擬分析程序，通過改變模擬參數可以模擬分析不同條件下的焊接與錘擊處理。 建立了平板堆焊焊接過程的三維有限元模型，采用間接耦合法計算分析熱-力耦合效應。采用高斯分布的表面熱源模擬焊接電弧，通過在實體單元表面施加熱流密度實現(xiàn)焊接熱源的移動加載。模型中考慮了隨溫度變化的材料熱物理性能參數，并對材料的高溫熱物理性能參數進行了適當的選取和調整。采用非均勻網格劃分，焊縫及附近區(qū)域的網格劃分細密，遠離焊縫區(qū)域網格劃分稀

3、疏。 針對焊接熱-結構計算分析的高度非線性，采取了一系列措施保證求解的收斂和精度。采用線性搜索、自動時間步、求解預測等措施加強計算的收斂。采用完全牛頓-拉普森方法進行迭代求解計算焊接應力應變場，同時采用變步長法求解加快計算速度。最后對計算結果進行了分析與試驗驗證，證明了模擬的正確性。首次在錘擊消除焊接應力的數值模擬研究中，采用接觸單元技術建立有限元模型模擬計算錘擊作用。將發(fā)生接觸的錘頭端面和平板表面利用接觸單元離散覆蓋在基體單元

4、表面。采用擴展的拉格朗日算法計算法向接觸力，庫侖摩擦定律計算切向接觸力。計算過程中，需要采用合理的時間步長和接觸單元實常數值保證求解的收斂和計算的準確性。 落球沖擊試驗與計算結果表明，沖擊力隨沖擊時間呈近似半正弦曲線變化。最大接觸壓力位于接觸中心處，隨著與接觸中心的距離的增加，接觸壓力迅速減小。沖擊能量達到一定值時，沖擊作用可以在接觸部位產生表面壓應力，隨著沖擊能量的增加，沖擊力增大，沖擊接觸時間減小，接觸范圍增加。 錘