角焊縫角變形數(shù)值預(yù)測(cè)方法研究.pdf

1、橋梁和船舶等制造業(yè)一直以來(lái)受到焊接變形導(dǎo)致的生產(chǎn)費(fèi)用提高，延誤工期等問(wèn)題的困擾。隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的不斷提高和數(shù)值計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，有限元數(shù)值模擬成為研究各種焊接現(xiàn)象的重要手段。尋求預(yù)測(cè)焊接變形的簡(jiǎn)便實(shí)用的數(shù)值方法，對(duì)提高生產(chǎn)效率，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的工程意義。 熱彈塑性有限元法是研究焊接現(xiàn)象的最根本的數(shù)值方法。該方法跟蹤整個(gè)焊接熱循環(huán)過(guò)程中溫度場(chǎng)和應(yīng)變應(yīng)力場(chǎng)的瞬態(tài)變化，計(jì)算結(jié)果可以達(dá)到較高精度。但對(duì)于實(shí)際大型焊接結(jié)構(gòu)，該方法不

2、但占用計(jì)算機(jī)資源，而且耗時(shí)冗長(zhǎng)，故只適用于研究小型焊接接頭各種焊接現(xiàn)象的產(chǎn)生機(jī)制。要預(yù)測(cè)大型結(jié)構(gòu)的焊接變形，一般采用簡(jiǎn)化的彈性有限元方法。然而，現(xiàn)有的簡(jiǎn)化方法對(duì)于角焊縫角變形的預(yù)測(cè)效果并不理想。本文介紹了預(yù)測(cè)焊接變形簡(jiǎn)化方法的思路和特點(diǎn)，指出了只有正確認(rèn)識(shí)焊接變形產(chǎn)生的本質(zhì)，才能充分有效利用簡(jiǎn)化有限元方法預(yù)測(cè)焊接變形。 本文以非線性有限元分析為平臺(tái)，以T形焊接接頭為對(duì)象，用映射應(yīng)變分量的方法研究角焊縫角變形的產(chǎn)生機(jī)制。研究結(jié)果表

3、明，沿焊縫橫向的固有正應(yīng)變分量使直角略有變小，縱向和豎向固有正應(yīng)變分量均使直角略有變大，實(shí)際直角變小的角變形效果主要來(lái)源于平行于焊縫的平面內(nèi)垂直于焊縫方向的不均勻固有剪切應(yīng)變分量，另外兩個(gè)固有剪切應(yīng)變分量對(duì)角變形的影響可以忽略。 本文通過(guò)對(duì)角焊縫熱彈塑性數(shù)值結(jié)果的處理和分析，提出了角焊縫固有剪切應(yīng)變的雙拋物面分布模型，并通過(guò)大量有限元數(shù)值實(shí)驗(yàn)歸納出模型函數(shù)表達(dá)式中各待定參數(shù)與焊縫長(zhǎng)度、熱輸入密度、焊件厚度等因素之間的經(jīng)驗(yàn)公式。

4、 基于固有剪切應(yīng)變的雙拋物面分布模型，本文進(jìn)一步提出了預(yù)測(cè)角焊縫角變形的固有剪切應(yīng)變法。該方法將角焊縫處固有剪切應(yīng)變分量的修正近似值作為焊接結(jié)構(gòu)的初始應(yīng)變，施加在有限元模型相應(yīng)的角焊縫區(qū)域，通過(guò)線彈性分析預(yù)測(cè)角焊縫焊接結(jié)構(gòu)的角變形效應(yīng)。本文用固有剪切應(yīng)變法對(duì)T形接頭和加筋板進(jìn)行了焊接角變形預(yù)測(cè)，并開(kāi)展了相應(yīng)的焊接實(shí)驗(yàn)，預(yù)測(cè)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。 固有剪切應(yīng)變法糾正了傳統(tǒng)的簡(jiǎn)化方法用橫向固有正應(yīng)變預(yù)測(cè)角焊縫角變形的方向性錯(cuò)