焊接残余应力的数值模拟

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焊接技术因其灵活、快速和方便的连接成型特点,而广泛应用于桥梁、汽车、船舶、电力、石油、石化以及航空航天等各个领域。但焊接所产生的残余应力会对焊接结构的性能和使用带来不利影响。因此,定性特别是定量的分析残余应力的影响因素具有非常重要的意义。本文在对焊接温度场和应力场数值模拟研究现状进行综述的基础上,结合非线性瞬态热传导原理、弹塑性热力学理论,采用正交试验的方法,运用有限元法对焊接构件残余应力的全过程进行了数值模拟。得到了如下结论:  在建立合理模型的基础上,以25#钢板对接焊为研究对象,对影响焊接残余应力的3个重要因素热焊工艺、焊接道数、焊接电流设计了9组正交试验方案,采用有限元热力间接耦合方法对9组正交试验分别进行了数值模拟,模拟结果发现:在本文设计的正交试验设计中,热焊工艺对焊接残余应力影响最大,也就是最大影响因素,其次是焊接电流,最小是焊接道数。  在本文给定的3个焊接因素条件下,对正交试验的最大影响因素热焊工艺和次要影响因素焊接电流分别进行焊接残余应力模拟研究。分析结果表明:对热焊工艺而言,当其它条件一定的情况下,发现焊接残余应力随着焊前加热温度的增加而降低。焊前加热温度越高,焊后产生的残余应力就越小。随着热焊工艺温度的增加,焊接残余应力都有不同程度的减小,热焊工艺温度不同,焊接残余应力减小幅度也不同,焊前加热温度分别为400℃和600℃时,焊接残余应力与室温20℃时相比降低幅度较大;当焊前加热温度分别为200℃和800℃时,焊接残余应力与室温20℃时相比降低幅度相对较小。对焊接电流而言,当其它条件一定的情况下,在一定范围内,随着焊接电流的增加,焊接残余应力也将增加。  本文为进一步研究选择合理的焊接参数,从而制定正确的焊接工艺,改善接头性能、减小焊接残余应力提供了一定的理论依据。
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