錘擊消除焊接應(yīng)力的數(shù)值模擬.pdf

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

2、了具有一定通用性的參數(shù)化模擬分析程序，通過改變模擬參數(shù)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(jì)算分析熱-力耦合效應(yīng)。采用高斯分布的表面熱源模擬焊接電弧，通過在實(shí)體單元表面施加熱流密度實(shí)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(shù)，并對材料的高溫?zé)嵛锢硇阅軈?shù)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)倪x取和調(diào)整。采用非均勻網(wǎng)格劃分，焊縫及附近區(qū)域的網(wǎng)格劃分細(xì)密，遠(yuǎn)離焊縫區(qū)域網(wǎng)格劃分稀

3、疏。 針對焊接熱-結(jié)構(gòu)計(jì)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(shí)間步、求解預(yù)測等措施加強(qiáng)計(jì)算的收斂。采用完全牛頓-拉普森方法進(jìn)行迭代求解計(jì)算焊接應(yīng)力應(yīng)變場，同時(shí)采用變步長法求解加快計(jì)算速度。最后對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析與試驗(yàn)驗(yàn)證，證明了模擬的正確性。首次在錘擊消除焊接應(yīng)力的數(shù)值模擬研究中，采用接觸單元技術(shù)建立有限元模型模擬計(jì)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(kuò)展的拉格朗日算法計(jì)算法向接觸力，庫侖摩擦定律計(jì)算切向接觸力。計(jì)算過程中，需要采用合理的時(shí)間步長和接觸單元實(shí)常數(shù)值保證求解的收斂和計(jì)算的準(zhǔn)確性。 落球沖擊試驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果表明，沖擊力隨沖擊時(shí)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(dá)到一定值時(shí)，沖擊作用可以在接觸部位產(chǎn)生表面壓應(yīng)力，隨著沖擊能量的增加，沖擊力增大，沖擊接觸時(shí)間減小，接觸范圍增加。 錘