西南交大本科论文_焊接

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1、西南交通大学本科毕业设计(论文)第44页目录第一章绪论21.1前言21.2焊接数值模拟在国内外发展研究现状41.2.1　焊接热过程分析41.2.2　焊接冶金分析51.2.3焊接应力应变分析61.2.4　焊接结构完整性评定81.3焊接变形进行数值模拟的难点91.4本文研究的内容及意义11第二章焊接变形数值模拟基本理论122.1传热学问题122.1.1有限元基本方程132.1.2非线性瞬态热传导的有限元分析132.2弹塑性有限元方程的基本解法162.3热一机耦合的理论182.3.1概述182.3.2热-机耦合的有限元法192.4焊接热源模型222.4.1Rosenthal的解析

2、模式232.4.2高斯函数分布的热源模式242.4.3半球状热源分布函数模型和椭球型热源模型252.4.4双椭球型热源模型25第三章基于ANSYS的焊接变形计算过程273.1前处理273.2载荷施加和求解283.3后处理30第四章平板堆焊焊接变形的计算方法对比314.1热弹塑性法计算温度场及焊接变形314.1.1模型假设及焊接参数设定314.1.2建立有限元模型324.1.3热源的模拟334.1.4温度场的结果计算与分析364.1.5焊接变形的结果计算与分析394.2焊接收缩力法计算焊接变形424.3热弹塑性法与焊接收缩力法计算结果的对比分析43西南交通大学本科毕业设计(论

3、文)第44页第一章绪论1.1前言焊接技术在工业中应用的历史并不长，但它的发展确实非常迅速的。目前，焊接己成为复杂结构制造过程中的加工方法。我国的焊接技术在工业中应用的历史虽然不长，但却发展非常迅速。由于焊接方法经济、灵活;采用焊接结构与铆接结构相比，能简化结构的构造细节，节约材料，提高生产效率，改善工人劳动条件。因此，目前船舶、机车、车辆、桥梁、锅炉等工业产品，以及能源工程、海洋工程、航空航天工程、石油化工工程、大型厂房、高层建筑等重要结构，无一不采用焊接结构。许多尖端技术如宇航、核动力等如果不采用焊接结构，实际上是不可能实现的。焊接结构之所以有如此迅速的发展是因为它具有一

4、系列优点。与其它加工方法相比可省金属材料，具有好的密封性，工序简单，生产周期短，而且可以生产一些别的工艺方法难以完成的结构。因此，焊接结构在现代结构件中占有的比例越来越高。虽然焊接结构有很大的优点，但它同样存在着一些缺陷，如：1.焊接结构的应力集中变化范围大;2.焊接结构有较大的焊接应力和变形;3.焊接结构具有较大的性能不均匀性;4.焊接接头的整体性使焊接结构止裂性能降低。焊接不足的主要来源之一是焊接过程产生的应力和变形。由于焊接生产中，绝大部分焊接方法都采用局部加热，所以不可避免地将产生焊接应力和变形。焊接应力和变形不但可能引起热裂纹、冷裂纹、脆性断裂等工艺缺陷，而且在一

5、定条件下将影响结构的承载能力，如强度，刚度和受压稳定性。除此以外还将影响到结构的加工精度和尺寸稳定性。因此需要有效控制和减小焊接残余应力和变形。降低焊接残余应力或减少焊接变形的措施分为焊前、焊时和焊后措施。焊前措施指焊件结构设计及材料选择方面所采取的措施，也包括预先成型、选择焊件支撑或固定方式以及确定焊接顺序；焊时措施包括预热和冷却；西南交通大学本科毕业设计(论文)第44页焊后措施则指焊后消除应力处理或矫正处理。目前，降低焊接残余应力和预防焊接变形的措施主要靠经验积累，缺少定量的理论指导。对残余变形的矫正会恶化材料力学性能，降低强度。如果能够根据结构和材料提供定量的设计和加

6、工工艺，控制焊接变形以及减少甚至避免矫正，对于焊接结构有重大意义。在设计和施工时，充分考虑焊接应力和变形这一特点是十分重要的。可见，对焊接应力和变形进行计算和分析有很重要的现实意义。为了深入了解焊接变形规律，许多科技工作者对一些焊接结构建立数学模型，利用各种假设简化求解，得到解析表达式，利用生产、实验结果进行修正、总结、推广得到该类结构焊接变形的数学表达式，以指导生产。这些数学公式实用与否的关键是所建立的数学模型能否突出影响变形的主要因素，忽略次要因素。经过多年的积累，人们以手册的形式总结出常见结构通用生产条件下的焊接变形规律，为工艺的合理制定提供有力支持。但对于许多实际结

7、构而言，影响变形的因素过于复杂，难以用数学公式表述，而目前即使对于手册上已列出的公式，往往也只能提供半定量的指导，所以在一些对焊接变形有非常严格要求的领域，如核能、航空等大结构的生产，仅靠经验公式是难以达到要求的，需要发展能降低实验成本，缩短制造周期，但同时可提供定量指导的新技术。其中计算机模拟仿真便是十分有效的技术。计算机技术的飞速发展在各个领域都引起了巨大变化，并渗透到各领域的各个分支。计算机技术在焊接中的应用也已十分深入、广泛。为了控制焊接变形而采用的数值模拟技术在焊接领域计算机应用中占有重要位置，如图1-1