平板對(duì)接溫度場(chǎng)及應(yīng)力-應(yīng)變場(chǎng)模擬

1、1平板對(duì)接溫度場(chǎng)及應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)模擬王龍北京工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程專業(yè)，北京（100022）Email:xiaobei123@摘要：本文是通過使用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，用ANSYS軟件模擬平板對(duì)接焊接工藝的溫度場(chǎng)，并用間接求解的方法計(jì)算出焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)。作者對(duì)比了面部加載高斯熱源和內(nèi)部熱生成這兩種方法，總結(jié)兩種熱源的優(yōu)缺點(diǎn)，并將兩者結(jié)合起來作為一種復(fù)合熱源。復(fù)合熱源的計(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)的分析結(jié)果和理論相吻合。關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)模擬；溫度場(chǎng)；殘余應(yīng)力場(chǎng)；復(fù)合熱源

2、1引言焊接是一個(gè)涉及到電弧物理、傳熱、冶金和力學(xué)的復(fù)雜過程，由于高度集中的瞬時(shí)熱輸入，在焊接過程中和焊后將產(chǎn)生相當(dāng)大的殘余應(yīng)力(焊接殘余應(yīng)力)和變形(焊接殘余變形、焊接收縮、焊接翹曲)，而這是影響焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量和生產(chǎn)率的主要問題之一，焊接變形的存在不僅影響焊接結(jié)構(gòu)的制造過程，而且還影響焊接結(jié)構(gòu)的使用性能。焊接應(yīng)力和變形不但可能引起熱裂紋、冷裂紋、脆性斷裂等工藝缺陷，而且在一定條件下將影響結(jié)構(gòu)的承載能力，如強(qiáng)度，剛度和受壓穩(wěn)定性。除此以外還

3、將影響到結(jié)構(gòu)的加工精度和尺寸穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)和施工時(shí)充分考慮焊接應(yīng)力和變形這一特點(diǎn)是十分重要的[1][2]。隨著大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)和高新技術(shù)的發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)正朝著大型化、復(fù)雜化、高容量、高參數(shù)方向發(fā)展，其復(fù)雜程度越大，工作條件越苛刻，造成焊接事故也越頻繁，危害性也越大，所以提高和保證焊接質(zhì)量已經(jīng)成為當(dāng)前焊接中的關(guān)鍵問題。焊接過程中局部集中的熱輸入，使焊件形成非常不均勻、不穩(wěn)定溫度場(chǎng)。溫度場(chǎng)不僅直接通過熱應(yīng)變，而且還間接通過顯微組織變化引

4、起相變應(yīng)變決定焊接殘余應(yīng)力。因此，溫度場(chǎng)的分析是焊接應(yīng)力和變形分析前提[3]。本文就是利用大型通用的有限元軟件ANSYS對(duì)焊接溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)和變形進(jìn)行了計(jì)算機(jī)的三維實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬，通過先計(jì)算焊接溫度場(chǎng)，再把溫度場(chǎng)結(jié)果作為應(yīng)力和變形計(jì)算時(shí)的載荷，從而得到任何時(shí)刻、任何點(diǎn)的焊接應(yīng)力、變形的具體計(jì)算數(shù)值，這無論是對(duì)焊接設(shè)計(jì)還是工藝都很有價(jià)值。2平板對(duì)接溫度場(chǎng)模擬圖22建模示意圖圖23劃分網(wǎng)格示意圖2.3溫度場(chǎng)模擬結(jié)果以下就是通過在模型上分別