相关焊接薄板失稳变形预测方法

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第26卷第6期焊接学报v。1．26No．62005年6月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONJune2005焊接薄板失稳变形预测方法闫俊霞，霍立兴，张玉凤，杨新歧(1．河北科技大学材料学院，石家庄050054；2．天津大学，300072)摘要：采用预测大型复杂薄板结构焊后变形的数值分析技术，对大形薄板焊接后的失稳变形进行预测。这种技术是将二维热弹塑性数值模拟与三维板结构的屈曲分析结合起来，由二维热弹塑性模拟计算出的应力场，加

2、到三维薄板结构模型上，进行三维薄板结构的弹性屈曲分析。最后通过摄动解析解，求出焊接薄板的失稳变形量，并可从工艺和设计上探讨减少薄板结构焊后失稳变形的措施。该预测方法与郭德伦，关桥提出的方法分别对Q235钢和LF6铝合金两种材料薄板对接焊薄板失稳变形的试验结果进行了比较，结果表明预测结果与试验结果吻合良好，证明了该预测方法的有效性。关键词：数值分析；失稳变形；焊接；薄板中图分类号：TG404文献标识码：A文章编号：0253—360X(2005)06—50—04闫俊霞0序言伸区的宽度b。在低碳钢焊件内，通常=。1．2焊

3、接热载荷的确定近代设计中薄板的热问题变得非常重要。在航实际焊接中残余应力场是由于焊缝区收缩变形天、机车车辆和其它结构工程中经常遇到弹性基础的结果，因此可以在焊缝区施加一种使焊缝区产生上薄板的屈曲问题。按照传统的设计方法，要么忽收缩应变(占=aAT)的温度载荷，该温度载荷作用略，要么就使用试验技术来估计焊接对结构完整性在三维模型上产生的残余应力分布与二维模型的残及焊接结构尺寸的影响。薄板或薄壁结构焊接时往余应力分布相同。利用这种等效性使温度载荷在薄往会因失稳而产生波浪变形，薄板焊接失稳问题既板中引起的应力场与二维分析

4、焊接残余应力场相匹有材料非线性，又有几何大变形的非线性因素，具有配，来确定所施加的温度载荷数值。相当大的难度，至今很少见到有关数值分析的研究如图1所示，焊缝区纵向残余应力场特征可用报道¨。和b。两个参数表示，图1a为二维分析焊缝纵向薄板的屈曲是最常见的变形类型。一旦发生屈残余应力分布，图1b为温度载荷作用下焊缝区应力曲，结构会发生很大的变形，从而降低结构的完整分布。为保证二者是等效的应力场分布，应使参数性。为此探寻一条简单、现实的、利用计算机进行辅A=和b=b，A和b分别为温度载荷△助模拟复杂焊接现象的途径显得尤为

5、重要。作用下在焊缝区的拉应力数值和拉应力作用区宽度(认为应力沿板厚均匀分布)。由热载荷引起的残1薄板结构焊接失稳变形预测余应力场应与二维模拟分析得出的应力场相一致。△的求解为』PP一1．1焊接残余应力的确定【2．二维分析得出的残余应力峰值在工程实践中，焊接纵向残余拉应力往往达到一三维模型在温度△作用下产生的残余应力’材料的屈服限，横向残余应力峰值要低于材料的(1)屈服限，而残余拉应力正是焊接区的塑性收缩造式中：AT1=一1℃，即单位温度载荷。对于给定的成的。因此，在研究薄板的失稳变形时只考虑纵向薄板结构，在有限元实

6、施过程中，在焊缝附近b。=b残余应力的影响，而不考虑横向残余应力。按照纵的宽度(厚度等于板厚)的区域内，施加△=向应力的分布状态，其分布特点用下面两个参数来一1℃的单位温度载荷，求得对应的焊缝区的单位表示：(1)焊缝区的最大应力；(2)残余应力拉温度应力，即可根据上式求得作用在三维模型上的热载荷△收稿日期：2004—07—06维普资讯http://www.cqvip.com第6期闫俊霞，等：焊接薄板失稳变形预测方法51则H=8u(1++)8u=8uKSu，(12)式中：、分别为初始应力刚度矩阵和初始位移刚度矩阵；为

7、总刚度矩阵。由此，对任意的虚变分孤，要使6仃为正，必须为正值，亦即的行列式IKI>0。(13)1．3．2薄板临界失稳载荷的计算在用总刚度矩阵行列式II进行失稳判断场(a)二维分析焊缝纵向(b)温度载荷作用下焊缝残余应力分布区应力分布合，如在荷载第n级时II为正，下一级n+1时II+。为负，那么在该级区间内有屈曲点，亦即有图1焊接热载荷的确定示意图】xl=0的点。Fig．1Sketchshowingappliedweldingloadtobedefined在特殊隋况下，在第n级和n+1级内都有IKI=0存在，此时要求

8、屈曲点的方法步骤如下。为了在以后进行薄板失稳变形分析的方便，此处定义一个由热载荷△所作用区域上的荷载设第n级时的应力矢量、位移矢量、载荷矢量分别为、U、P，则由式(12)，为P它由弹性模量E、载荷作用的横截面积6t(t为。pp，K(，U)=go+K1()+(U)，(14)板厚)、热膨胀系数和温度荷载△构成，即式中：当给予微小的载荷增量AAP时，位移增量、应P