磨機(jī)筒體對接接頭焊接熱過程有限元分析研究.pdf

1、本文系統(tǒng)地論述了焊接過程的非線性有限元分析理論，并采用大型通用有限元分析(FEA)軟件ANSYS對某滑履磨機(jī)筒體對接接頭試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷臏囟葓?、?yīng)力場進(jìn)行了有限元分析，獲得了接頭應(yīng)力分布的大小和分布規(guī)律，并將分析結(jié)果同現(xiàn)場測試結(jié)果進(jìn)行了比較，獲得了較好的吻合性，最后對筒體對接接頭的最后一道蓋面層焊的溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行了分析。因此，本文研究工作只是應(yīng)用性的研究成果，主要研究內(nèi)容如下： (1)通過對目前國內(nèi)外焊接熱過程的數(shù)值分析技術(shù)發(fā)展水

2、平現(xiàn)狀的研究，確定了一套對X型坡口對接焊進(jìn)行數(shù)值分析研究的方法和經(jīng)驗(yàn)，搭建了一個研究平臺：首先，積累了大量有限元網(wǎng)格劃分、熱源模型選用、數(shù)值求解策略等方面的經(jīng)驗(yàn)和技能；其次，對ANSYS非線性有限元分析的基本理論有了較為充分的了解和掌握，從而為實(shí)現(xiàn)焊接熱過程的有限元分析奠定了一定的理論基礎(chǔ)。 (2)本文在綜合歸納各種焊接熱源模型的基礎(chǔ)上，擬綜合采用生死單元法和高斯熱源模型對試驗(yàn)?zāi)Ｐ投嗟篮高M(jìn)行有限元分析。通過控制單元的生死，模擬焊

3、縫金屬的填充、熔化和凝固，同時采用分段移動高斯熱源模型，實(shí)現(xiàn)了焊接熱源的移動，從而比較快而準(zhǔn)確地模擬焊接熱源的移動過程。 (3)根據(jù)所選熱源模型并應(yīng)用ANSYS軟件對試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行溫度場三維有限元分析，并將有限元計(jì)算結(jié)果與理論計(jì)算值進(jìn)行比較，取得了良好的吻合性。同時在分析中，各所選取的采樣點(diǎn)的的溫度——時間曲線呈穩(wěn)態(tài)分布，從而證明了有限元分析結(jié)果的可靠性和合理性。 (4)在獲取瞬態(tài)溫度場的基礎(chǔ)上，采用熱一結(jié)構(gòu)間接耦合法對焊

4、接熱應(yīng)力場進(jìn)行了有限元分析和研究，獲得了X型坡口焊接接頭殘余應(yīng)力分布規(guī)律和大小。 (5)應(yīng)用盲孔法對平板焊接試驗(yàn)?zāi)Ｐ蜕舷卤砻婧缚p及其近縫區(qū)的焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行了現(xiàn)場測試，測點(diǎn)的應(yīng)力大小和規(guī)律跟有限元計(jì)算值取得了較好的一致。 (6)分析簡體對接接頭的最后一道蓋面層焊的溫度場和應(yīng)力場，建立了平板焊接模型焊縫殘余應(yīng)力與管道環(huán)焊縫殘余應(yīng)力之間的聯(lián)系，其殘余應(yīng)力的形成機(jī)理等同。因而對直徑較大的厚壁圓筒對接焊進(jìn)行模擬分析時，采用平板試