风电塔筒门框焊接应力变形分析

采用SYSWELD软件对风电塔筒门框焊接的残余应力和变形进行了分析,研究了焊接顺序对门框焊后残余应力和变形的影响。研究结果表明,塔筒门框焊接后的应力水平很高,应力集中主要出现在上部的圆弧段焊缝及附近。对于横向残余应力和纵向残余应力,圆弧段焊缝及附近出现了高水平的拉应力,而直焊缝附近出现高水平的压应力。采用先外侧打底焊再进行内侧填充的顺序引起的应力水平更低。门框焊接引起的变形比较大,筒体在径向和高度方向均有收缩变形。焊接顺序对筒体整体收缩变形的影响不是很大。     

三元催化器筒段环缝焊接温度场及应力场数值模拟分析

以筒体直径为114 mm的三元催化器筒段环缝为研究对象,根据三元催化器实际设计结构,运用MSC.marc软件对三元催化器筒体与上、下盖环缝焊接进行有限元模拟分析,分别采用1 000,2 000,3 000,4 000 W热输入功率模拟计算,得到了焊接过程的温度场分布及最终残余应力场分布,结果表明,随着热输入功率增大,残余应力场面积也随之增大,在热输入功率为1 000 W时,2个结构的最大残余应力分别为290 MPa和285 MPa。在筒体弯曲部分出现了很大的变形,主要原因是筒体材料使用的是409不锈钢,该不锈钢在室温下屈服强度为240 MPa,焊接残余应力太大,引起弯曲位置变形较大。根据焊接模拟结果,本次模拟为实际焊接夹具设计和焊接工艺参数的制订提供了理论指导。     

水煤气变换反应器筒体焊接残余应力数值模拟与实验

为研究水煤气变换反应器筒体环焊残余应力的分布规律,利用ANSYS软件对含不锈钢复合层的筒体焊缝进行焊接残余应力的数值模拟,同时采用X射线衍射法对筒体焊缝进行残余应力测定。数值模拟结果表明,过渡层焊接残余拉应力远高于复层与基层,形成明显的应力梯度;残余应力在复层表面垂直于焊缝方向上均为压应力,且在焊缝中心压应力最大,沿焊缝方向上为拉应力,最大值出现在焊缝边缘部位;实验测量结果与数值模拟结果一致,验证了数值模拟结果的正确性。     

焊接顺序对筒节焊接质量的影响

运用有限元模拟分析方法,通过改变筒节焊接顺序来研究筒节焊接变形和残余应力的分布规律.结果表明,焊接顺序改变对温度场影响不大,但对筒节焊接之后的变形量和残余应力有一定影响,尤其是焊接变形量和焊缝横向残余应力变化较大,将给筒节后续加工带来困难.根据分析结果,选定了合理的筒节焊接顺序.     

冷轧无缝钢管残余应力对液压缸筒承载能力影响的研究

采用非线性有限元法对经冷轧成型无缝钢管的液压缸筒承载能力进行了研究,目的在于定量分析冷轧钢管残余应力对液压缸承载能力的影响。对冷轧钢管成型过程进行了研究,获得了冷轧钢管脱模后的残余应力,在此基础上,在脱模后钢管的内表面施加内压模拟工作时的液压缸,获得残余应力和工作应力共同作用的应力场。计算了无残余应力缸筒在内压作用下的应力分布,并对有无残余应力液压缸筒的承载能力进行了比较。结果表明：初应力的存在改变了液压缸筒等效应力的大小和分布方式,最大等效应力是无初应力时的3倍,初应力降低了液压缸筒的承载能力,用冷轧钢管作液压缸筒应该首先进行热处理消除初应力。     

AP1000钢制安全壳焊接变形研究

通过对焊接变形机理的分析,结合钢制安全壳(简称CV)焊接特性,对CV底封头、筒体和顶封头焊接时的焊接变形控制、底封头/筒体组对环缝错边和残余应力的控制方法进行了研究。分析和实践表明,先内侧打底焊能有效减少棱角度变形;在此基础上,通过调整刚度较小的筒体端,采用适当的焊接方法,对底封头/筒体组对环缝错边和残余应力的控制也有一定效果。     

GIS铝合金壳体法兰焊接数值模拟

GIS铝合金壳体主要以焊接成形,有一定的装配精度要求。若焊接变形和残余应力较为严重,会影响产品的质量。为了研究焊接过程对产品质量的影响,以法兰与筒体焊接为对象,通过有限元软件SYSWELD模拟出焊接过程的温度场及应力场,得到热循环曲线、变形及残余应力分布。结果表明,第一道焊缝多次加热,且峰值温度接近退火温度;法兰存在整体倾斜及表面不平整的变形,筒体呈现波浪状变形;残余应力主要分布在第一道焊缝根部及整个第二道焊缝。模拟结果可以为GIS铝合金壳体焊接工艺控制提供参考依据。     

外拘束条件下的不锈钢焊接残余应力变化规律

为了探究外拘束条件下不锈钢焊接接头残余应力的分布规律,采用三维热弹塑性有限单元法,对不同拘束条件下的不锈钢焊接过程进行了分析。结果显示,施加不同的拘束条件,平板试样焊后焊接结构的残余应力大小和分布不同。约束底面四点的拘束条件能较好地模拟平板在自由状态下的焊接情况,约束焊接件侧面将显著增大焊接结构的残余应力,通过统一夹具垫板与焊接件为多体耦合模型,发现完全可以反映平板焊接过程中夹具与被焊件的相互作用并有效减小残余应力。     

核电SA508-3钢大型筒体环焊残余应力分析

为了准确地预测核电SA508-3钢的大型筒体环焊温度和残余应力变化规律,基于ANSYS有限元软件,引入子结构法优化焊接模拟过程,并比较模拟结果与试验数据.结果表明,文中采用的计算方法成功地模拟了更加接近真实的筒体环焊过程,且模拟结果与实测值基本吻合;焊缝上所有节点的热循环曲线相似,热影响区的模拟宽度为4 mm左右;筒体外表面焊缝中心线上任意节点的残余应力大小相近,仅在靠近筒体外表面焊缝中心线附近存在一定的轴向压应力,其它区域大部分为拉应力,环向保持较高的拉应力;筒体焊后产生内凹残余变形;结果可为分析大型筒体环焊残余应力提供参考数据.     

平板焊接接头裂纹扩展中残余应力重分布的数值模拟

高强度钢平板焊接接头在焊趾处易萌生表面裂纹,裂纹的产生和扩展均会对其焊接残余应力产生一定的影响,进而影响残余应力对结构疲劳强度影响的评估。首先采用ANSYS的APDL语言编写平板焊接接头残余应力数值模拟程序,得到完整结构的初始焊接残余应力的分布规律。然后采用Zen Crack软件模拟半椭圆型初始表面裂纹,并分析结构在出现初始裂纹后残余应力的分布规律。最后施加循环疲劳载荷进行裂纹扩展分析,得到裂纹扩展中的残余应力的重分布规律。     

缩套式超高压容器简体的有限元分析

使用有限元软件ANSYS对缩套式超高压容器的筒体在预应力下的应力分布和施加载荷过程中筒体的应力分布进行了仿真,有限元的仿真结果与理论计算结果的比较证明有限元模拟仿真是正确的.     

吸附塔支撑圈结构焊接残余应力有限元分析

采用有限元分析软件Abaqus对吸附塔支撑圈结构焊接残余应力进行有限元分析,讨论了不同焊接热输入、焊后热处理温度、预热温度对焊接残余应力的影响规律。结果表明:在焊接接头角焊缝处产生了较大的纵向残余应力,这是引起疲劳失效的主要原因。焊接热输入越大,筒体外壁热影响区残余应力越大。焊后热处理能够有效降低残余应力。较高的预热温度有利于降低焊接残余应力,但预热温度也不能太高,应控制在150~200℃。为保证吸附塔支撑圈结构完整性,应综合考虑预热、焊接工艺及焊后热处理等因素,以充分降低焊接结构的残余应力。     

应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

换热器管子与管板焊接接头残余应力数值模拟;Ti（C，N）／40Cr钎焊接头残余应力数值计算;分段焊的焊接顺序对T形接头残余应力场的影响;高频焊管残余应力的测量及三维有限元数值模拟;基于固有应变法筒体对接多道焊焊接变形的预测;     

客运专线道岔辙叉垫板焊接的有限元分析

考虑材料性能随温度的变化,采用热弹塑性有限元法,对客运专线道岔辙叉垫板的焊接进行了三维数值模拟,分析了焊接温度场、残余应力分布及残余变形.结果表明:辙叉角焊缝纵向残余应力为拉应力,横向残余应力为压应力,最大等效残余应力出现在焊缝末端.辙叉的焊接残余变形随焊接热输入的增大而增大.采用刚性固定法能明显减小辙叉的焊接残余变形.     

坡口形式对半管夹套焊接温度和残余应力的影响

半管夹套焊接时不可避免产生残余应力,容易导致其焊接部位开裂泄漏.文中对不同坡口形式的半管夹套进行焊接试验,并利用有限元软件ABAQUS对焊接温度场及残余应力进行数值模拟.结果表明,不开坡口,加热温度不足以使夹套和筒体接触界面的金属完全熔化;开2 mm平行坡口时,焊缝根部温度未达到熔点,焊缝金属流动不足以填充根部间隙,产生未焊透;开45°外坡口,能保证完全焊透,且焊缝成型较好,焊缝根部的残余应力比不开坡口降低33%,筒体残余应力整体降低35%,有利于降低应力腐蚀开裂的敏感性.在实际焊接时,应开坡口焊接,禁止不开坡口或采用2 mm平行坡口.     

焊接残余应力对2024铝合金薄板疲劳寿命的影响

对搅拌磨擦焊、TIG焊和激光焊进行数值模拟,得到焊接残余应力场.将残余应力场施加到线弹性断裂力学模型之中,运用J积分方法计算残余应力强度因子,并计算裂纹扩展速率,通过与试验结果和虚拟裂纹闭合法计算结果进行对比,验证了文中所使用方法的正确性.研究发现,残余应力强度因子的分布与残余应力分布形式相似.残余应力的引入,对应力比有较大影响,但随着应力比的增大,残余应力对应力比的影响逐渐减弱.焊接残余应力的引入缩短了焊接构件的使用寿命,当裂纹长度较小时,TIG焊接构件使用寿命比搅拌摩擦焊接构件和激光焊接构件使用寿命短.     

斜十字接头三维焊接残余应力的数值模拟

为研究全熔透焊接十字接头残余应力空间分布特点,分析十字接头焊缝形式对焊接残余应力分布状态的影响,基于温度场和应力场间接耦合方式,对全熔透焊接十字接头残余应力开展了有限元数值模拟研究. 采用ANSYS有限元软件,选择Q345C钢材典型热力学参数,构建全熔透焊接十字接头有限元模型,分析得到焊接过程结构温度场分布. 将焊接十字接头温度场作为输入条件,基于ANSYS热–力耦合分析得到全熔透焊接斜十字接头三维残余应力场分布. 结果表明,全熔透焊接十字接头残余应力峰值主要分布在焊趾和焊根处,焊缝角度变化会对焊缝处残余应力分布带来较大影响.     

焊接余高对锥柱耐压结构典型焊接接头残余应力数值的计算影响

锥柱耐压结构属于大型焊接结构,在其焊接部位存在焊接残余应力。焊接完成后,焊缝区域会留有一定的焊接余高,焊接余高对残余应力数值分析结果有着不可忽略的影响,因此有必要针对焊接余高对焊接残余应力的影响进行相关研究。选取高强度钢锥柱耐压结构典型焊接接头试件为研究对象,利用有限元软件ANSYS的APDL语言编写焊接模拟程序,建立考虑焊接余高的有限元模型和不考虑焊接余高的有限元模型,通过比较两种模型计算结果,研究焊接余高对焊接残余应力的影响,并且得到初始焊接残余应力的分布规律;采用X射线无损检测法测量焊缝区表面的残余应力。结果表明:不考虑焊接余高时,数值分析所得应力分布与考虑焊接余高时应力分布存在很大差异,焊接余高对焊接残余应力分布的影响不可忽略。试验的测量结果符合理论和统计结果,与考虑焊接余高时的数值模拟所得结论基本一致。焊接余高的影响对研究焊接残余应力有很重要的意义,并且对后续考虑残余应力影响的疲劳强度计算有着重要的参考价值。     

弓形半管夹套焊接工艺仿真

以120°圆心角所对应的弓形半管夹套为研究对象，建立夹套与釜体简化模型，利用SYSWELD焊接软件对内外角平分线坡口及未开坡口下的夹套模型先进行传热分析，再将温度场结果输出作为残余应力场的预定义场，重点研究了半管夹套的焊接应力场的变化规律。结果表明，外角平分线坡口的弓形半管夹套根部更容易焊透，而且残余Mises应力的峰值最小；在工程中半管夹套的焊接时，应该使夹套与筒体分开一定距离，使更多的焊材能够流进焊缝处，能够减少筒体厚度方向残余应力的产生；结合焊缝3条路径上的残余应力分析得出，开外角平分线坡口的弓形半管夹套具有更好的应用性。     

振动时效对超声冲击车辆铝合金焊接接头残余应力的影响研究

由于焊接残余应力对铝合金焊接接头的安全可靠性有较大的影响,因此必须选择合理的方式对铝合金车体关键部位进行残余应力控制处理。本文采用超声冲击的方式对A7N01铝合金焊接接头进行残余应力控制处理,并将试板固定在车辆上上线运行2000 km进行振动时效处理。研究结果表明:超声冲击处理过后的焊接接头纵向和横向应力基本为压应力,且呈现出双沟状应力分布形态,压应力的峰值出现在焊趾位置。经过振动时效后应力释放的值变化趋势呈单峰状,因此振动时效结合超声冲击的双作用模式,可有效降低铝合金焊接接头残余应力。