基于温度和应力场焊接残余应力数值分析

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1、摘要焊接作为钢结构中的重要工艺，是一个牵涉到电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程，直接关系到工程质量的好坏、结构的安全。由于高度集中的瞬时热输入。在焊接过程中和焊后将产生相当大的残余应力和残余变形。焊接残余应力会严重影响结构的使用性能，因此，对焊接残余应力进行计算和分析具有很重要的现实意义。本文从这一点出发，在总结前人工作的基础上结合数值计算的方法，运用有限元分析软件Ansys对焊接温度场和焊接残余应力场进行了三维实时动态模拟的研究，提出了基于Ansys软件平台的焊接温度场和应力的模拟分析方法，并针对空间结构中焊接空心球节点管球焊接处对接角

2、焊缝进行了实例计算，其计算结果与传统结果和理论值相吻合。本文首先对焊接过程中的温度场和应力场的基本理论和数值模拟分析方法进行了阐述。在数值模拟计算过程中，采用Ansys软件的热一结构耦合功能，利用间接耦合法，考虑了焊接温度场对应力应变场的单向耦合，对空心球节点管球焊接处对接角焊缝焊接过程中以及焊后的温度场进行模拟计算。为了提高计算精度，本文对高温时的材料物理性能参数进行了适当的选取和处理，对焊缝处网格进行细化，选取高斯函数分布的热源模型，并利用Ansys软件的APDL语言编写程序实现焊接热源的移动加载。最后通过后处理，给出了焊接温度场的动态

3、变化图。在温度场计算准确的基础上，将相应的热单元转换为结构单元，进行焊接残余应力的计算。运用生死单元法，将超过材料熔点的单元“杀死”，激活没有超过熔点的单元，以动态模拟熔池金属的熔化和凝固。通过后处理，给出了焊缝部位焊接残余应力的分布趋势。本文建立了可行的焊接空心球节点管球焊接处对接角焊缝的三维温度场、残余应力的动态模拟分析方法，为复杂焊接结构进行三维焊接温度场、残余应力的分析提供了理论和指导，促进了有限元分析方法在焊接力学分析以及在实际工程中的应用。关键词：焊接温度场，焊接残余应力，有限元，数值模拟，焊接空心球节点AbstractABST

4、RACTAsallimportanttechnologyofsteel刚nlcn鹏．weldingisacomplicatedprocesswhichinvolvesinelectromagnetism,heattransferring，metalmeltingandfreezingandmechanics，whichrelatedtothequalityofprojectsandthestabilityofstructI

5、re．Becauseofhighcentralizedinstantaneousheatinput,agreatdea

6、lofresidualstressanddeformationshouldbebroughtintheprocessofthewelding，whichcanheavilyinfluencethecapabilityofwelding刚舯】c=tIJ把．Thereforeitisessemialtocalculateandanalyzetheresidualstressinweldingstructure．Basedonothersexperience，withnumericalcalculation，thispaperresearches

7、howtorealizethe3-Ddynamicsimulationofweldingtemperatureandresidualstressfield，thenusestheresearchresultstosimulatetheweldingprocessoftheannularweldingofhollowsphericaljoint．Furthermore，thecalculationresultaccordswithtraditionalanalysisresultandtheoryresult．Thepaperfirstlyd

8、escribesthebasictheoriesandnumericalanalysismethodsofthetemperaturefieldandresidualstressfield．Intheprocessofnumericalsimulatedcalculating,withthethermal—structurecouplingfunctionofAnsyssofhvareandindirectcoupling,thispaperdealswiththesinglecouplingwhosetemperaturefielde丘b

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