焊接过程及残余应力消除的热力耦合研究

发布时间：2017-04-05 00:02

  本文关键词：焊接过程及残余应力消除的热力耦合研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：焊接是一个涉及到电热学、力学的复杂过程,焊接质量的好坏直接关系到结构的安全性能。由于焊接过程是一个高度集中的瞬时热输入过程,焊接部件会不可避免的产生残余应力和变形。焊接残余应力的大小和分布会严重影响焊接结构的强度和使用寿命。因此,搞清楚焊接结构的焊后残余应力分布情况,并采取相应措施对残余应力进行消除具有十分重要的现实意义。随着计算机技术的快速发展和焊接数值模拟理论的日趋成熟,采用有限元方法对焊接过程进行数值计算已成为目前研究焊接残余应力的重要手段。本文以ABAQUS有限元软件为工具,采用参数化建模和编制热源子程序的方法,以某型号导弹发射车上的托架端部连接器为研究对象,对连接器焊接过程中的热力耦合问题进行研究,计算得到连接器模型的焊后残余应力分布,并采取热时效方法对焊接件的残余应力进行消除。文章研究的主要内容包括:(1)利用文献中的实验数据开展相应的平板焊接过程的数值模拟,计算得出平板结构的焊后温度场分布,提取模型中指定位置结点的热循环曲线,并与文献中实际测得的实验数据对比,从而验证使用ABAQUS软件求解焊接问题的仿真结果是真实可信的。(2)建立连接器的有限元模型,对模型中的对接焊和搭接焊共七条焊缝的焊接过程分别进行数值模拟,并对计算结果进行数据分析,最终得到了整个连接器的焊后残余应力分布情况。(3)采用热时效工艺对连接器的焊后残余应力进行消除,制定不同的热时效方案并对计算结果进行对比分析,得出最佳的热时效温度,相关结论对今后的实际工程具有一定的指导意义。
【关键词】：Q345钢 对接焊 搭接焊 残余应力 数值模拟 热时效
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG404
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 引言10-11
• 1.2 国内外研究现状11-12
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12
• 1.3 研究展望12-13
• 1.4 本文的主要内容及创新点13-15
• 第2章 焊接有限元分析基本理论15-27
• 2.1 有限元法的基本思想15
• 2.2 焊接温度场基础理论15-20
• 2.2.1 传热学基础理论15-16
• 2.2.2 焊接温度场的基本方程16-18
• 2.2.3 非线性热传导问题的求解18-20
• 2.3 焊接应力场基础理论20-25
• 2.3.1 屈服准则20-22
• 2.3.2 流动准则22
• 2.3.3 强化准则22-23
• 2.3.4 热弹塑性理论23-25
• 2.4 基于ABAQUS的热力耦合研究概述25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第3章 平板焊接过程的数值模拟与实验验证27-38
• 3.1 有限元模型的建立27-35
• 3.1.1 几何模型与网格划分27-28
• 3.1.2 边界条件28
• 3.1.3 材料的热物理性能28-29
• 3.1.4 热源模型和子程序29-33
• 3.1.5 参数化建模33-35
• 3.2 温度场模拟结果分析和验证35-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第4章 托架端部焊接过程的热力耦合研究38-55
• 4.1 研究对象38-39
• 4.2 对接焊过程的数值模拟39-43
• 4.2.1 有限元模型的建立39-40
• 4.2.2 结果分析40-43
• 4.3 搭接焊过程的数值模拟43-54
• 4.3.1 曲线焊接路径中的坐标变换43-48
• 4.3.2 有限元模型的建立48-49
• 4.3.3 结果分析49-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 热时效消除焊接残余应力的数值模拟55-63
• 5.1 热时效工艺的原理55-56
• 5.2 有限元模型的建立56
• 5.3 热时效过程的数值模拟56-62
• 5.4 本章小结62-63
• 结论63-64
• 展望64-65
• 参考文献65-69
• 附录 搭接焊热源子程序片段（长焊缝）69-72
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单72-73
• 致谢73

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