钢板焊接全过程温度场与残余应力分布的研究
发布时间：2023-02-10 06:59
焊接作为钢结构连接中最主要的方法,其广泛的应用于船舶、高铁、航天等工程制造领域,在国民工业中占据着非常重要的地位。在焊接过程中,焊件由于局部加热和冷却产生极不均匀的温度场,焊后工件不可避免地产生较大的焊接残余应力和变形,焊接残余应力不仅会引起构件变形导致尺寸误差,还会对结构刚度、疲劳强度、应力腐蚀开裂等多方面产生不利影响。因此,定量的分析、预测、模拟钢板焊接过程中温度场和焊后残余应力场具有重要意义。为研究焊接参数对钢板对接焊全过程温度场与残余应力场的影响,采用Fortran语言开发了基于双椭球热源模型的热源子程序,以ABAQUS软件为平台,运用model change技术实现了钢板对接焊的焊缝填充,建立了考虑热-弹-塑性的有限元模型,对不同板厚、不同焊接速度、不同焊道数、不同坡口形式的Q345钢平板对接接头的温度场与残余应力场进行数值模拟研究。本文使用CO2气体保护焊实现试验钢板对接焊,通过数字图像相关法光学手段研究了焊接钢板背面散斑图像的残余应变分布形式,为光学仪器在测量应变分布上提供了一定的试验基础,也为改善钢板对接焊温度场和残余应力场提供了一定的理论基础。分...
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 焊接残余应力的概念
1.2.1 焊接残余应力的定义
1.2.2 焊接残余应力产生的原因
1.2.3 焊接残余应力的影响
1.3 焊接数值模拟的国内外研究概况
1.3.1 焊接热源模型及温度场的研究发展
1.3.2 焊接残余应力数值模拟的研究进展
1.4 研究的难点及关键技术
1.4.1 数字图像相关法的应用
1.4.2 焊接热源模型及热源参数的确定
1.4.3 材料的高温热物理及热力学性能参数
1.4.4 数值模拟计算方法
1.5 本文研究内容
第二章 焊接有限元分析理论基础
2.1 焊接有限元分析概述
2.1.1 有限元分析法理论
2.1.2 焊接有限元分析的特点
2.1.3 焊接有限元问题的简化
2.2 焊接温度场有限元基本理论
2.2.1 焊接热传递基本方程
2.2.2 焊接温度场有限元理论基础
2.3 焊接应力场有限元基本理论
2.3.1 焊接应力计算准则
2.3.2 焊接应力应变基本理论
2.3.3 热弹塑性问题的求解过程
2.4 本章小结
第三章 试验概况及结果分析
3.1 试验概况
3.1.1 试验目的
3.1.2 试件设计及加载方案
3.1.3 试验装置
3.1.4 试验原理
3.1.5 材料特性
3.2 试验结果分析
3.3 本章小结
第四章 焊接数值模拟有限元模型的建立
4.1 有限元模型及网格划分
4.1.1 基于板厚、焊接速度、焊道数三种焊接参数的有限元模型
4.1.2 基于不同坡口形式的有限元模型
4.2 材料属性定义
4.3 焊接热源模型及热源加载
4.4 边界条件
4.5 本章小结
第五章 焊接温度场计算结果分析
5.1 基于DICM测量的有限元模型温度场结果分析
5.1.1 温度场云图分析
5.1.2 焊接热循环曲线分析
5.2 基于焊接参数的有限元模型温度场结果分析
5.2.1 温度场云图分析
5.2.2 焊接热循环曲线分析
5.3 基于不同坡口形式的有限元模型温度场结果分析
5.3.1 温度场云图分析
5.3.2 焊接热循环曲线分析
5.4 本章小结
第六章 焊接残余应力场计算结果分析
6.1 基于DICM测量的有限元模型残余应力结果分析
6.1.1 残余应力云图分析
6.1.2 焊接残余应力应变曲线对比分析
6.2 基于焊接参数的有限元模型残余应力结果分析
6.3 基于不同坡口形式的有限元模型残余应力结果分析
6.3.1 残余应力云图分析
6.3.2 焊接残余应力曲线对比分析
6.4 本章小结
第七章 焊接钢梁柱节点残余应力的数值分析
7.1 钢梁柱有限元模型
7.1.1 计算模型
7.1.2 残余应力研究路径
7.2 钢梁柱焊接残余应力分析
7.2.1 焊接应力云图分析
7.2.2 纵向残余应力
7.2.3 横向残余应力
7.3 本章小结
第八章 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简历
攻读硕士期间所发表的论文
附录
本文编号：3739225
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 焊接残余应力的概念
1.2.1 焊接残余应力的定义
1.2.2 焊接残余应力产生的原因
1.2.3 焊接残余应力的影响
1.3 焊接数值模拟的国内外研究概况
1.3.1 焊接热源模型及温度场的研究发展
1.3.2 焊接残余应力数值模拟的研究进展
1.4 研究的难点及关键技术
1.4.1 数字图像相关法的应用
1.4.2 焊接热源模型及热源参数的确定
1.4.3 材料的高温热物理及热力学性能参数
1.4.4 数值模拟计算方法
1.5 本文研究内容
第二章 焊接有限元分析理论基础
2.1 焊接有限元分析概述
2.1.1 有限元分析法理论
2.1.2 焊接有限元分析的特点
2.1.3 焊接有限元问题的简化
2.2 焊接温度场有限元基本理论
2.2.1 焊接热传递基本方程
2.2.2 焊接温度场有限元理论基础
2.3 焊接应力场有限元基本理论
2.3.1 焊接应力计算准则
2.3.2 焊接应力应变基本理论
2.3.3 热弹塑性问题的求解过程
2.4 本章小结
第三章 试验概况及结果分析
3.1 试验概况
3.1.1 试验目的
3.1.2 试件设计及加载方案
3.1.3 试验装置
3.1.4 试验原理
3.1.5 材料特性
3.2 试验结果分析
3.3 本章小结
第四章 焊接数值模拟有限元模型的建立
4.1 有限元模型及网格划分
4.1.1 基于板厚、焊接速度、焊道数三种焊接参数的有限元模型
4.1.2 基于不同坡口形式的有限元模型
4.2 材料属性定义
4.3 焊接热源模型及热源加载
4.4 边界条件
4.5 本章小结
第五章 焊接温度场计算结果分析
5.1 基于DICM测量的有限元模型温度场结果分析
5.1.1 温度场云图分析
5.1.2 焊接热循环曲线分析
5.2 基于焊接参数的有限元模型温度场结果分析
5.2.1 温度场云图分析
5.2.2 焊接热循环曲线分析
5.3 基于不同坡口形式的有限元模型温度场结果分析
5.3.1 温度场云图分析
5.3.2 焊接热循环曲线分析
5.4 本章小结
第六章 焊接残余应力场计算结果分析
6.1 基于DICM测量的有限元模型残余应力结果分析
6.1.1 残余应力云图分析
6.1.2 焊接残余应力应变曲线对比分析
6.2 基于焊接参数的有限元模型残余应力结果分析
6.3 基于不同坡口形式的有限元模型残余应力结果分析
6.3.1 残余应力云图分析
6.3.2 焊接残余应力曲线对比分析
6.4 本章小结
第七章 焊接钢梁柱节点残余应力的数值分析
7.1 钢梁柱有限元模型
7.1.1 计算模型
7.1.2 残余应力研究路径
7.2 钢梁柱焊接残余应力分析
7.2.1 焊接应力云图分析
7.2.2 纵向残余应力
7.2.3 横向残余应力
7.3 本章小结
第八章 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简历
攻读硕士期间所发表的论文
附录
本文编号：3739225
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jiagonggongyi/3739225.html
