控制對接接頭角變形拘束焊問題的數(shù)值分析.pdf

1、焊接結(jié)構(gòu)在工程中廣泛應(yīng)用。焊接殘余應(yīng)力和變形的存在會直接影響到結(jié)構(gòu)的承載能力。為了保證焊接結(jié)構(gòu)的安全可靠，準(zhǔn)確地掌握焊接過程中的力學(xué)行為和控制殘余變形十分重要。由于焊接過程中的熱彈塑性問題很復(fù)雜，所以理論分析十分困難。工程中多是采用試驗測量方法確定殘余應(yīng)力，不但費(fèi)時費(fèi)力，還受到很多條件的限制，結(jié)果數(shù)據(jù)誤差也很大。隨著計算機(jī)的發(fā)展和大型計算軟件功能的強(qiáng)大，為焊接數(shù)值模擬計算提供了條件。 本文利用有限元法，對以控制對接接頭殘余角變形

2、為目的的剛性固定法和反變形法進(jìn)行了數(shù)值計算，對焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律進(jìn)行了分析。這種方法克服了試驗測量方法的一些缺點(diǎn)，反過來還能驗證已有的經(jīng)驗結(jié)論。本文的主要研究內(nèi)容如下： 1．基于ANSYS軟件，利用“生死”單元技術(shù)與施加內(nèi)部體熱源的方法實(shí)現(xiàn)了多層焊焊縫填充過程的模擬，完成了對接接頭多層焊的數(shù)值分析。分析了距離焊縫中心不等位置的一系列點(diǎn)的熱循環(huán)曲線，及多層焊過程中角變形的變化情況，均與實(shí)際情況相符，最終得到的殘余角變形與實(shí)

3、測及經(jīng)驗數(shù)據(jù)相差不大；得出了橫向殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，與實(shí)際情況基本吻合。 2．對剛性固定法即拘束焊的建模問題進(jìn)行探討，提出了一種模擬拘束焊的建模方法，即：建模時，在擬施加拘束力的位置施加豎向約束，待焊接完成接頭冷卻至室溫后卸掉該約束。焊接過程中，該約束對接頭的約束反力即為拘束力。 3．借助于梁的彈塑性理論及最優(yōu)化理論，確定了拘束焊時能夠有效地控制殘余角變形的拘束長度。對拘束焊進(jìn)行了數(shù)值模擬計算，得出了拘束焊橫向殘余應(yīng)力分

4、布圖。結(jié)果表明，拘束焊殘余應(yīng)力分布規(guī)律與自由焊相同，并且改善了殘余應(yīng)力的分布。驗證了拘束焊在控制殘余角變形上的有效性。利用有限元方法計算出了一系列不同厚度鋼板對接拘束焊時能夠有效地控制殘余角變形的拘束長度和拘束力，為實(shí)際生產(chǎn)提供一定的參考。 4．對反變形法進(jìn)行了數(shù)值計算，得出了采取反變形措施時橫向殘余應(yīng)力的分布規(guī)律，驗證了反變形法的有效性。結(jié)果表明，在預(yù)置反變形時將反變形的角度稍稍增大，將得到更好的控制角變形的效果。