热源模型对焊接数值模拟影响的研究

发布时间：2017-12-08 23:25

  本文关键词：热源模型对焊接数值模拟影响的研究

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【摘要】：本文对薄板的焊接数值模拟进行研究，使用ANSYS有限元分析软件，着重研究模拟焊接过程中不同热源模型尺寸形状及热分布的施加，，对温度场的影响，为应力场的计算提供更精确的前提条件。目前计算机模拟技术在施加热源方面种类较多，但不同热源及不同参数下的对比结果却鲜有报道。本文内容包括：改变施加载荷体单元的尺寸、位置以及其内部的热量比例，双椭球热源不同维度的长度、比例及其热量分布、多道次焊接不同焊接道次顺序；对比不同热源模型、参数下的熔池形貌，热影响区的热循环曲线，计算结果与试验结果的对比，得到最接近实际的焊接模拟参数，为精确计算结果、节约计算时间、简化模型提供了理论方法。 普通体生热加载在模拟熔池温度分布存在一定的局限性；改善体生热加载沿焊材厚度方向自上而下施加递减的体生热率，可进一步精确焊缝温度场计算。沿焊材厚度方向平均分为三份，以1:2.2:2.9的比例施加热输入，可减小焊缝温度沿厚度方向的梯度，且变化缓慢均匀。通过沿焊接方向加载多层单元的手段利用生死单元技术施加长度4mm的热源，使焊缝最高温度不变的前提下，使熔长增加1~2倍，有效地改善了熔池形貌及热影响区的温度变化。改善体生热加载可达到模拟精度且计算时间仅为双椭球加载的1/7，但无法进行精细调节及在焊缝较宽时命令程序较为繁琐；双椭球热源加载能够在焊缝、热影响区达到较为精确的模拟计算且可通过控制参数进行焊材上下表明温度分布的调节，但编程繁琐，计算时间冗长。单侧焊接产生的焊后残余应力及变形大于双侧焊；双侧交替焊接有更小的焊后残余应力及变形，应力减少为单侧焊的76.7%，变形量为66.4%。 模拟与试验对比发现，采用改善体单元与双椭球热源加载的加载方式下的模拟值与实测值较为接近。改善体单元的加载方式在保证一定精度的前提下大幅降低对网格密度的要求，节约了计算时间。双椭球热源模型加载计算时间长，但可以更为精细的调节焊接计算结果。在X型坡口多道次焊接中，两侧交替焊接可大幅降低焊后残余应力及变形。
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG402

【参考文献】

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本文编号：1268259