厚板焊接温度场与残余应力场有限元分析

发布时间：2016-12-16 23:18

  本文关键词：厚板焊接温度场与残余应力场有限元分析，，由笔耕文化传播整理发布。

《湖北工业大学》 2015年

厚板焊接温度场与残余应力场有限元分析

王强  

【摘要】：随着厚钢板在现代工业中的大量使用,焊接残余应力问题逐渐被人们所关注。焊接残余应力是在正常焊接过程中由于不均匀加热而产生的应力,它不仅会导致构件的缺陷和变形,甚至会对构件的安全性能产生重大危害。因此,针对厚钢板焊接残余应力形成和分布的研究对于消除残余应力具有重要的现实意义。焊接残余应力研究主要分为温度场和应力场两方面内容,其中温度场是应力场的前提。由于焊接过程的复杂性,焊接残余应力的研究目前主要通过计算机数值模拟来进行。针对薄钢板的焊接残余应力,前人已经做了大量的研究,提出了平行于焊缝方向的纵向残余应力和垂直于焊缝方向的横向残余应力的分布情况,但是这种研究基本未考虑厚度方向上的残余应力,而实际工程中使用的钢板很多都是厚度超过40mm的大厚板,此时不能忽视厚度方向上的残余应力,必须对其展开研究。本文基于ANSYS有限元软件,利用双椭球热源模型和生死单元法对厚度为60mm的Q345A低合金高强度钢厚板模型进行了三维数值模拟。焊接模拟时对焊接过程和焊接材料做了一系列假设,焊接过程忽略缺陷与裂纹的形成,焊接材料需要考虑物理参数随温度升高而非线性变化,进而编写出整个温度场和残余应力场的APDL命令流,最终通过计算得到了温度场分布情况和残余应力场分布情况。由温度场应力云图发现温度场呈细长的纺锤形状,尾部区域较长,焊接热源前方温度极高,热源后方温度呈梯度逐渐减小;多层多道焊时不同焊缝之间存在温度差,后一层焊缝起始温度要高于前一层;焊接冷却至67℃时认为残余应力已经形成。通过对厚板模型的残余应力曲线分析,发现纵向残余应力在焊缝附近达到极值403MPa,超过材料的屈服极限,且整体呈现对称分布;横向残余应力近似于抛物线分布,在焊缝近端主要为压应力,在焊缝远端主要是拉应力;厚度方向上残余应力多为压应力,在远离焊缝端达到最大,焊缝处残余应力较小,总体上焊缝处应力值明显小于纵向和横向残余应力,应力值多在零点附近变动。本文得出的结论具有一定的参考价值,对于后续的研究工作具有一定的指导意义。

【关键词】：
【学位授予单位】：湖北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG457.11
【目录】：

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1 田旺生;李黎霞;杨明旺;;钢结构焊接残余应力有限元分析[A];'2009全国钢结构学术年会论文集[C];2009年

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 陈家权;吴刚;肖顺湖;;基于“生死单元”技术的焊缝缺陷模拟[J];装备制造技术;2005年04期

2 唐慕尧,丁士亮,孟繁森;焊接过程力学行为的数值研究方法[J];焊接学报;1988年03期

3 赵学荣,朱援祥,孙秦明;对接焊缝残余应力的有限元分析[J];焊接技术;2003年05期

4 严仁军;雷加静;李鹏;李周;;特厚板多层多道焊的Marc有限元模拟[J];机械工程学报;2011年18期

5 M.Jeyakumar;T.Christopher;;Influence of residual stresses on failure pressure of cylindrical pressure vessels[J];Chinese Journal of Aeronautics;2013年06期

6 贾坤荣;刘军;岳珠峰;;厚板焊接温度场和残余应力场的数值模拟[J];热加工工艺;2009年17期

7 楼志文,童云生,闵行;瞬态温度埸和热弹塑性埸的有限元分析[J];西安交通大学学报;1981年06期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 常婧;DH40高强钢大厚板焊接及焊接残余应力有限元分析[D];江苏科技大学;2011年

2 雷加静;厚板对接焊残余应力分布研究[D];武汉理工大学;2010年

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 林德超,史耀武;焊缝匹配影响焊接残余应力的研究[J];材料工程;1999年06期

2 郭小李;吴晗明;;哑铃形拱肋灌注施工阶段力学分析[J];建材世界;2010年03期

3 吴昊;余志祥;赵世春;;圆管桁架杆件对接方式对承载力性能的影响[J];工业建筑;2010年S1期

4 谷京晨;童莉葛;黎磊;王立;尹少武;白世武;;焊接数值模拟中热源的选用原则[J];材料导报;2014年01期

5 林升;杨娜;;厚钢板对接焊缝残余应力的数值模拟[J];北京交通大学学报;2014年01期

6 李良碧;张沛心;;锥柱耐压壳典型焊接接头残余应力的数值模拟[J];电焊机;2014年12期

7 张祥;曾涛;;基于ANSYS压力容器筒体与平板封头焊缝残余应力有限元分析[J];焊管;2009年05期

8 刘仁培,董祖珏,魏艳红;不锈钢焊接凝固裂纹应力应变场数值模拟模型的建立[J];焊接学报;1999年04期

9 李亚江,沈孝芹,孟繁军,任江伟;高强度钢焊接区拘束应力的有限元分析[J];焊接学报;2002年05期

10 刘敏,陈士煊,陈勇,康继东;钛合金电子束焊接应力分析的有限元模型[J];焊接学报;2004年06期

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1 袁志军;球管焊接数值模拟及焊接残余应力影响因素研究[D];南昌大学;2010年

2 曾芳;大型滑履磨机结构分析及焊接工艺研究[D];武汉理工大学;2010年

3 张勇;随焊冲击旋转挤压控制TC4薄板失稳变形研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

4 朱强;CLAM钢TIG焊接接头性能及其在液态锂铅中腐蚀行为研究[D];江苏大学;2011年

5 李菊;钛合金低应力无变形焊接过程机理研究[D];北京工业大学;2004年

6 金晓军;双相不锈钢管道焊接质量控制和安全评定的研究[D];天津大学;2004年

7 徐琳;角焊缝角变形数值预测方法研究[D];武汉理工大学;2007年

8 孙德新;镁合金（AZ91D、AZ31B）焊接性的研究[D];吉林大学;2008年

9 傅光耀;黄土地裂场地桥梁结构地震反应分析[D];长安大学;2007年

10 赵利华;机车构架侧梁焊接数值仿真与变形控制[D];西南交通大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张学武;基于磁控技术的TIG焊残余应力的研究[D];南昌航空大学;2010年

2 高飞;异种钢焊接的残余应力研究[D];大连理工大学;2010年

3 孙志明;中厚板焊接有限元数值模拟及其参数优化[D];北京交通大学;2011年

4 罗文臣;板单元焊接变形的数值模拟与控制研究[D];武汉理工大学;2011年

5 张博;高强钢焊接过程及焊后热处理的数值模拟研究[D];武汉理工大学;2011年

6 高望曦;厚板焊接的表面残余应力测试方法研究[D];武汉理工大学;2011年

7 郭小燕;冶金轧辊堆焊层表面开裂失效分析及其有限元分析[D];大连海事大学;2011年

8 刘飞;基于ANSYS的高频焊管参数化模拟及其应用优点研究[D];兰州理工大学;2011年

9 龚幼;船舶分段制造过程中的应力与变形问题研究[D];华南理工大学;2011年

10 肖冯;机车车辆焊接结构热成型仿真[D];西南交通大学;2011年

【二级参考文献】

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1 章漪云,何晓航;高强度钢在船体结构中的应用探讨[J];船舶;2004年02期

2 舒兴楼;;船用厚板高强度钢焊接性及其焊接裂纹的形成和预防[J];船舶;2009年02期

3 沈俊昶,杨才福,张永权,李丽,侯家平;船体结构用高强韧特厚钢板的研究[J];材料开发与应用;2004年05期

4 唐万民,刘小渝,王晓明;钢构件对接焊焊缝横向残余应力分布研究[J];重庆交通学院学报;2004年06期

5 陈丽敏,陈思作;基于ANSYS软件的焊接工字型截面梁残余应力的有限元分析[J];钢结构;2003年02期

6 方鸿生,邓海佥;低碳Fe-Mn-B钢粒状贝氏体的组织及其强韧性[J];机械工程材料;1981年01期

7 徐平光,白秉哲,方鸿生;高强度低合金中厚钢板的现状与发展[J];机械工程材料;2001年02期

8 李冬青 ,孟庆国 ,陶军 ,王立华;焊接动态位移场的建模与数值模拟[J];焊接;2002年02期

9 姜翠香,熊健民,余天庆;厚板焊接残余应力的测试[J];湖北工学院学报;2000年01期

10 熊健民,周金枝,余天庆;厚板焊接中焊接残余应力的分布规律[J];湖北工学院学报;1997年03期

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1 陈翠欣;X80高强管线钢的焊接性及其模拟仿真[D];天津大学;2005年

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1 葛森;厚板焊接残余应力试验测量与计算[D];北京工业大学;2002年

2 杨明;厚板焊接残余应力的有限元计算[D];北京工业大学;2003年

3 梁陈剑;远程焊接数值模拟系统的研究[D];清华大学;2002年

4 梁晓燕;中厚板多道焊焊接过程中温度场和应力场的三维数值模拟[D];华中科技大学;2004年

5 王长利;焊接温度场和应力场的数值模拟[D];沈阳工业大学;2005年

6 夏培秀;焊接温度场与应力场的数值分析[D];哈尔滨工程大学;2005年

7 胡技军;电站锅炉T91钢焊接温度场和应力场的数值模拟[D];合肥工业大学;2006年

8 赵锐;焊接残余应力的数值模拟及控制消除研究[D];大连理工大学;2006年

9 严浩;钢结构厚板焊接残余应力实验研究与有限元分析[D];武汉理工大学;2006年

10 李凌;中厚板焊接温度场及应力场数值计算[D];天津大学;2006年

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1 ;第12届全国残余应力学术交流会在武汉召开[J];理化检验(物理分册);2003年01期

2 陈鹏;振动消除宏观残余应力的机理研究[J];电焊机;2005年01期

3 ;第15届全国残余应力学术交流会第1轮通知[J];电镀与环保;2009年03期

4 ;第15届全国残余应力学术交流会于10月在重庆召开[J];中国表面工程;2009年03期

5 周喜来;蒋士杰;刘瑞光;;石化在役设备的焊缝残余应力的消除与控制[J];中国新技术新产品;2012年02期

6 ;第17届全国残余应力学术会议暨国际残余应力研讨会(第1轮通知)[J];中国机械工程;2013年08期

7 ;2013年全国残余应力学术会议暨国际残余应力研讨会将在上海召开[J];中国表面工程;2013年02期

8 高路;圆筒残余应力的测定法[J];化工设备设计;1979年04期

9 李广铎;苏建新;王维容;刘柏梁;;鞲鞴涨圈残余应力的测试与分析[J];机车车辆工艺;1982年05期

10 曾春华;;残余应力对疲劳的影响[J];机械强度;1984年03期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 陈超;潘春旭;;残余应力测量技术的现状和发展[A];湖北省第九届热处理年会论文集[C];2004年

2 游敏;郑小玲;;对接接头横向残余应力调控技术研究[A];中西南十省区（市）焊接学会联合会第九届年会论文集[C];2006年

3 张小勇;楚建新;叶军;陆艳杰;刘鑫;;铜应力缓解层对陶瓷-金属连接残余应力的影响[A];电子陶瓷，陶瓷，金属封接与真空开头管用管壳的技术进步专辑[C];2006年

4 郑杰;张显程;;高温环境诱导的表面强化处理残余应力的释放[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

5 朱丽娜;徐滨士;王海斗;王成彪;;相关技术在残余应力检测中的应用[A];第八届全国表面工程学术会议暨第三届青年表面工程学术论坛论文集（二）[C];2010年

6 潘勤学;栗勇;徐春广;肖定国;杨向臣;伍懿;;超声法焊缝残余应力检测技术研究[A];2011年机械电子学学术会议论文集[C];2011年

7 任小平;刘怡;;一种无损测试焊接板件残余应力的方法[A];第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅲ卷[C];2000年

8 游敏;郑小玲;;对接接头横向残余应力调控技术研究[A];湖北省暨武汉焊接学会成立二十五周年2005年焊接学术年会文集[C];2005年

9 宇慧平;韩长录;;超高强钢电阻点焊残余应力研究[A];北京力学会第20届学术年会论文集[C];2014年

10 郑永男;左翼;周冬梅;范平;袁大庆;朱升云;;正电子湮没方法研究材料中残余应力[A];第四届全国反应堆物理与核材料学术研讨会论文集[C];2009年

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1 实习记者 王恒;[N];中国航空报;2014年

2 陶萍萍;[N];现代物流报;2013年

3 ;[N];中国航空报;2013年

4 ;[N];中国航空报;2013年

5 ;[N];中国航空报;2013年

6 蔺军 谢艳花;[N];建筑时报;2007年

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1 姜杰凤;高锁螺栓干涉安装及其对螺接结构力学性能的影响[D];浙江大学;2014年

2 刘海涛;精密薄壁回转体零件加工残余应力及变形的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

3 曹江;2A02高强度铝合金热加工残余应力研究及其数值模拟[D];西南石油大学;2014年

4 朱丽娜;基于纳米压痕技术的涂层残余应力研究[D];中国地质大学（北京）;2013年

5 陶波;热压玻璃透镜里的残余应力研究[D];中国科学技术大学;2013年

6 宋以国;多焊缝管板结构焊接工艺与残余应力分析[D];哈尔滨工程大学;2013年

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9 王建花;复合材料身管残余应力研究[D];南京理工大学;2007年

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1 冯诚诚;Ti-TiN-Zr-ZrN多层膜残余应力及疲劳性能的研究[D];华南理工大学;2015年

2 任喜强;热轧H700×300型钢残余应力的控制[D];河北联合大学;2014年

3 宋金潮;非调质钢棒材轧后冷却过程残余应力数值模拟及实验研究[D];燕山大学;2015年

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7 王晓臣;面向卫星零件工艺设计的拓扑优化技术研究[D];北华航天工业学院;2015年

8 刘何亮;U肋与顶板连接焊缝残余应力的三维数值模拟[D];西南交通大学;2015年

9 周鹏;微晶玻璃磨削表面的残余应力研究[D];苏州大学;2015年

10 张爱爱;基于SYSWELD的7A52铝合金双丝MIG焊残余应力分析[D];内蒙古工业大学;2015年

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