基于等效热源参数的焊接平板仿真及其承载能力研究

发布时间：2020-04-09 19:11

【摘要】：焊接技术已经成为连接金属材料最常用的方法,提高了多个领域的生产效率及制造水平。但焊接过程中不可避免地会产生焊接变形和残余应力,而焊接变形和残余应力将会降低焊接结构的承载能力。本文基于热弹塑性法,研究了平板焊接过程中焊接变形和残余应力的变化过程及产生机理,并研究了比热、热输入、弹性模量、线胀系数、屈服强度和焊接顺序对平板力学场的影响,最后在此基础上研究了热输入和焊接顺序对焊接平板拉伸承载能力的影响。首先,针对焊接过程模拟中最常用的热弹塑性有限元法中存在的问题,提出了等效热源参数的概念来考虑相变、焊缝附近复杂的本构关系及其他因素对力学场的影响,并给出了等效热源参数的反演方法。应用对接平板实验中测得的焊接变形和残余应力反演了当前材料、焊接接头、焊接条件和环境下的等效热源参数。通过对比数值结果与实验结果可以看出,两者吻合较好,验证了所提出方法及焊接平板有限元模型的有效性。其次,基于验证的有限元模型,建立了小型焊接平板的有限元模型,通过保持其它所有焊接条件及有限元模型不变,研究了比热、热输入、弹性模量、线胀系数和屈服强度在原有参数的基础上增大或减小25%对焊接变形和残余应力的影响。计算结果表明,比热、热输入、弹性模量、线胀系数和屈服强度均不影响焊接平板的变形和残余应力的分布,仅仅对其数值大小有一定的影响。然后,模拟了四种不同焊接顺序下焊接平板的温度场及力学场,通过对比不同焊接顺序下的分布云图及代表路径上的结果,探讨了焊接顺序的影响,并得到了较为合理的焊接顺序。分析结果表明,焊接顺序对温度场及力学场的大小和分布均有较大的影响,而且较优的焊接顺序为WS4。最后,基于重启动分析和耦合技术,通过考虑焊接平板的焊接变形和残余应力研究了热输入和焊接顺序对焊接平板拉伸载荷的影响。研究结果表明,焊接后平板中的残余应力会使焊接平板的拉伸承载能力显著降低,而且拉伸极限载荷随着热输入的增大而减小;WS1下焊接平板的极限载荷最小,其他三种焊接顺序的极限载荷差别较小。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG44

【参考文献】

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本文编号：2621152