低碳钢箱体焊接应力应变场模拟与焊接变形控制

发布时间：2020-06-03 21:41

【摘要】：焊接在现代制造业中作为一种可靠、高效且成本低的热加工工艺,在制造业中受到广泛应用。而焊接过程中产生的焊接残余应力与变形对焊接工件的使用性能和使用寿命造成不小的危害。因此,对焊接残余应力及其变形情况进行分析具有很重要的意义。在焊接模拟中,热弹塑性有限元法可良好的模拟焊接过程中以及焊接冷却阶段的温度场、应力场以及焊接工件的变形情况。然而,热弹塑性有限元法在模拟焊接过程时,计算过程复杂,所需的计算时间相当长,对工作站的要求很高,不适合很多大型结构件的计算。因此,本文将热弹塑性法进行简化,提出合适的计算模型进行温度场与应力应变场的计算,并针对研究对象箱体焊接的特点找到合适的模拟方法进行计算分析,具体工作如下:(1)对串热源进行了改进,建立了温度随时间变化的段状热源模型,将该模型运用于局部角焊模型中,并与瞬态移动热源模型进行对比,验证了该段状热源模型在不同的分段段数情况下的计算结果与瞬态移动热源模型计算结果的一致性,并对计算结果进行了实验验证。(2)将段状热源模型应用于箱体整体模型,分析了箱体模型在焊接过程及冷却时的温度场与应力场分布,及其焊接变形情况,并对其进行了实验验证,证明了该热源模型应用于箱体计算模型上的可行性。(3)分析了不同的焊接顺序下,箱体模型的温度场、应力场以及焊接变形量。对比分析了不同方案下的温度场、应力场及焊接变形量的变化规律。研究结果表明:段状热源模型可适用于低碳钢箱体焊接应力应变场模拟,能有效地表示焊接过程以及焊接后冷却过程。本研究结果可用于指导低碳钢箱体的焊接工艺参数、焊接顺序选择,有利于有效地控制箱体焊接变形。
【图文】：

示意图,高斯,热源,热源模型

图 2- 1 高斯热源示意图Fig.2- 1Schematic diagram of Gauss heat sourceexp(3)22RrqQrm 上某一点距离热源中心处的距离，，q 代表距离焊中心处的最大热源密度，R 为焊接热源的有效加、钨极氩弧焊等焊接电弧挺度较小，温度梯度相对。高斯热源模型在焊接模拟中有着广泛的应用。椭球状热源模型相比，半球状热源模型和椭球状热源模型更能适应，比如高能束焊接。另外考虑到运用激光焊等焊接对于这种情况椭球状热源模型较半球状热源模型更

示意图,角焊,模型,示意图

图 3- 1 角焊模型示意图Fig.3- 1Schematic diagram of angle welding model模拟计算分析采用由英特尔公司生产的四核 E3-1250-V3 处理器，频率为 3.50存为 16GB，硬盘大小为 1TB。划分网格时采用的是 ANSYS 中的 Solid 单元，将模型划分为六面体单元，由于模型因，无法保证焊缝上所有单元均为六面体单元，故而其中有少数五面体单元。的远近将模型分为焊接区域、过渡区以及远离焊缝区。考虑到在焊接过程中，加热热源将母材与焊条从室温瞬间加热到母材熔点之上温度的，加热过程短，，温度梯度高；而过渡区域及远离焊缝区主要是通过母材的热传导与热辐射进梯度小。因此在焊缝区域进行较密的网格划分，过渡区域及远离焊缝区进行较分。 3-1 所示，整个局部角焊模型共划分为 30666 个网格，35126 个节点。在焊缝区
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG404

【参考文献】