铝合金薄壁圆筒纵直缝焊接残余应力数值模拟

利用热弹塑性有限元方法对薄壁铝筒纵直焊缝TIG焊进行了数值模拟计算,建立了分析模型,定量地描述了准稳态温度场和残余应力场计算数值以及在整个圆筒上的分布情况,并进行了试验验证.结果表明,焊接时热源周围极窄区域温度高、梯度大,离开热源,温度峰值急剧下降;纵向残余应力在焊缝及热影响区为拉应力,最大值位于焊缝长度中心截面上;纵向残余应力在圆周上表现出拉压区交替变化的趋势.利用应力释放法对焊接件进行应力测量,测量结果与模拟计算结果吻合良好.     

预置应力对圆筒纵缝焊接变形影响的数值模拟

利用有限元分析软件模拟了厚度为5mm的5A06铝合金圆筒纵缝焊接过程.对残余应力在整个简体上的分布进行了定量的描述,并进行了试验验证.通过加载的方法,在圆筒上施加一定的预置应力,使之产生的拉伸塑性变形与焊接时在焊缝及其附近所产生的压缩性变形部分抵消,达到控制焊接变形的目的.结果表明,该方法能有效控制圆筒纵向收缩及角变形.     

不锈钢焊接温度场的三维数值模拟

分别详细分析了焊接热源的三种计算模型即高斯热源模型、双椭圆高斯热源模型及双椭球热源模型的数学表达式与物理特点。利用三维有限元网格划分技术，对工件进行网格划分，并采用网格自适应技术对焊缝金属的网格进行自动加密与生成，为缩短焊接过程数值模拟时间创造了条件。在此基础上又对其中两种焊接热源模型所建立的温度场进行了计算，得到了不锈钢SUS310材料温度场的分布规律，研究了各种参数对温度场分布的影响，并与工艺试验结果进行了比较，提出了适合三维有限元分析的最佳焊接热源模型。     

低碳钢薄板单道堆焊焊接变形的数值模拟

基于ABAQUS有限元分析软件,开发了考虑移动热源、材料非线性和几何非线性的热-弹-塑性有限元计算方法.利用所开发的数值方法对薄板单道堆焊时的焊接残余应力和变形进行了模拟.同时采用试验方法测量了薄板接头的焊接变形和残余应力.通过对比数值模拟结果和试验结果,验证了所开发方法的有效性.在同时考虑几何非线性与材料非线性的情况下,有限元计算得到的焊接变形结果与实测值一致;计算得到的焊接残余应力也与实测值比较吻合.此外利用数值模拟方法详细研究了薄板焊接变形的特点和残余应力的分布特征.     

薄壁低碳钢管焊接变形的数值模拟

基于泛用软件ABAQUS,开发了适用于模拟熔化焊产生的温度场、应力场和应变场的热弹塑性非线性有限元计算方法.通过建立三维有限元模型和采用双椭球高斯体积移动热源,对低碳钢薄壁钢管的焊接温度场和焊接变形进行了数值模拟.同时还采用焊接机器人实际进行了低碳钢薄壁钢管的焊接,并实测了钢管的焊接变形.结果表明.数值模拟得到的变形和...     

X80管线钢环焊缝接头残余应力的数值模拟

利用SYSWELD有限元分析软件,以热弹塑性理论为基础,采用双椭球焊接热源模型,对X80管线钢环焊缝接头的焊接温度场和应力场进行了模拟仿真.得到了焊接残余应力的分布规律,即焊缝及近缝区的残余应力值较大,远离焊缝中心残余应力值逐渐减小;由于表面和心部散热条件不同,造成了管道表面和心部的残余应力方向上的差异或数值大小的不同.研究了焊接工艺参数对残余应力的影响规律.结果表明,随着热输入的增大和预热温度的提高残余应力值逐渐降低;为了减小焊接残余应力,应尽量采用较大热输入和较高预热温度进行焊接.     

X90M管线钢多丝直缝埋弧焊接模拟与分析

以大型通用有限元软件ABAQUS作为模拟分析工具,基于施加在DFLUX子程序中的双椭球热源模型,采用间接耦合方式和“生死单元”算法,模拟X90M钢板内、外三丝直缝埋弧焊接过程,获得了相应的焊接温度场及残余应力场。结果表明：内、外多丝直缝埋弧焊接在焊接工艺参数一定的条件下,每丝的起始焊接时间（或焊丝间距）决定是否形成共同熔池;多丝共熔池焊接因多热源温度场叠加作用剧烈,熔池峰值温度高于多丝单熔池焊接时的,较高的焊接温度场使得焊接过程中能够较为充分地进行冶金反应,且有效降低焊接接头及其附近的冷却速度,使得多丝共熔池焊接形成的焊接接头的焊后残余应力也相对较小。在兼顾质量和生产效率的前提下,X90M多丝直缝埋弧焊接生产实践推荐采用多丝共熔池焊接工艺。     

铝合金加筋板焊接温度场和残余应力数值模拟

数值模拟作为一种高效可靠的技术手段,可分析焊接过程中温度场的分布情况。在数值模拟中,采用热源模型代替焊接热输入,使用热源模型是获取温度场的基础。梳理了现有的热源模型,并进行分类归纳,分析和总结了不同热源模型的特点、局限性及适用焊接场景。结果表明,高斯热源适应于焊接速度小、电弧冲击力小、焊接板材厚度不大的焊接方法;双椭球热源适用于焊接速度大、电弧冲击力大、焊接板材厚度较大的焊接方法;在大型构件的数值模拟中,采用带状分段移动热源可以大幅提升计算效率;针对焊接熔池形状复杂和焊接热输入需分成2部分的情况下,采用组合热源比单一热源得到的模拟结果更准确;对于动态特性明显的焊接过程,动态热源模型相比静态热源模型更具优势。

     

基于ANSYS平台焊接模拟中不同焊接热源的比较

比较了基于ANSYS平台的焊接温度场模拟过程中不同热源模式对计算结果的影响。采用不同的热源加载形式、电弧有效半径、焊接速度以及对流系数的模拟结果表明：对于复杂的焊接结构，应考虑2种或多种加载形式取代单一热源；与焊接速度、对流系数比较，电弧有效半径对模拟结果影响大为显著，在平板堆焊实验中，r为5mm时模拟结果与实际情况最为相符。     

模拟焊接过程电弧摆动的热源模型

针对焊接过程数值模拟中电弧摆动难以模拟的问题,通过分析摆动电弧的能量输入,利用能量守恒原理,在经典双椭球热源模型的基础上,推导出模拟摆动电弧的带状热源模型。用该模型模拟的有限元分析结果和试验测得结果比较吻合。     

一种有效的焊接温度场数值模拟方法

应用有限元软件ANSYS对半椭球体热源作用下的焊接温度场进行仿真。将半椭球体热源模型的3个形状参数:长度参数、宽度参数和垂直参数分别独立变化,以单独考查每个形状参数对熔池形状的影响。结果表明:模型的长度参数和宽度参数是改变模拟结果中熔池形状的主要参数;垂直参数的变化对熔池形状无影响,但可以影响熔池的大小。     

摆动焊接动态过程温度场数值模拟

通过对常用的摆动式焊接的温度场进行数值模拟,根据摆动式焊接的速度和方向变化的特点,在经典的双椭球热源模型的基础上建立了摆动电弧动态热源模型,采用大型商用MARC.MSC软件进行了三维温度场模拟,并采用热电偶进行测温,计算结果与试验结果相吻合.通过对摆动焊熔池的演变过程、温度曲线、峰值温度曲线进行了分析,研究发现,摆动式焊接与常规的无摆动焊的温度场特征不同,摆动焊的温度曲线在加热过程和冷却过程都有一个小波峰出现,熔池经历了多次加热冷却过程,并且熔池的峰值温度随横向摆动速度的增大而减小.     

关于钨极氩弧焊热源模型适用性的探讨

采用Ansys有限元计算软件，模拟平板对接钨极氩弧焊时的三维动态温度分布。分别采用高斯分布函数、双椭球分布函数两种不同的热源分布模型进行加载，比较两种热源模型下计算出的温度分布情况差异。采用模拟时的焊接工艺参数进行钨极氩弧焊平板对接焊，测定焊接热循环曲线和焊缝截面尺寸，对模拟结果加以验证。结果表明，采用双椭球热源模型时的计算结果与实测结果吻合较好。     

焊接热源计算模式的研究进展

总结了计算焊接温度场过程中焊接热源模式的改进过程。首先讨论了传播学中常用的以集中热源为基础的线热源与面热源的解析模型、以及能量在空间以高斯函数形式分布的焊接热源模式,以高斯分布函数为基础,引出了半球能量密度分布的热源模式、椭球能量密度分布的热源模式、双椭球能量密度分布等焊接热源模式。并对比了不同热源分布函数对计算结果的影响,讨论了不同焊接计算过程中对热源函的选择。结果表明,通常的工程运算仍可采用解析模型函数进行化计算,高斯分布函数、半球能量密度分布函数、椭球能量密度分布函数常应用在有限元计算过程中,但由于未精确考虑电弧对熔池的冲击作用,在熔池附近有一定误差,而双椭球能量密度分布的热源模式,不仅可以处理一般的电弧总力小的焊接热源,也可以处理具有强烈穿透作用的激光焊和电子束焊过程的焊接热源,进一步提高焊接热源循环的计算精度。     

焊接过程数值模拟热源模式的比较

焊接热源模式是焊接数值模拟研究的一个重要内容.文中简要介绍了焊接过程数值模拟热源的各种加载模式:高斯分布函数、双椭球分布函数、生死单元方法.针对具体算例,采用3种不同的热源加载模式进行三维焊接温度场的数值计算,并比较不同方法计算焊接温度场结果的差异.结果表明,生死单元方法是一种简单的热源加载模式,其计算效率优于其他2种加载方法.     

焊接热源模型的研究进展

概述了焊接温度场计算中热源模型的发展。主要论述传热学中常用的以集中热源为基础的线热源与面热源的解析模型、能量在空间以高斯函数形式分布的焊接热源模式及高斯分布函数的基础，引出的激光焊解析模式、分段移动热源模式、串热源模式、半球能量密度分布的热源模式、椭球能量密度分布的热源模式、双椭球能量密度分布等焊接热源模式。     

航空发动机加力燃烧室扩散器外壁环缝焊接模拟

基于焊接有限元分析软件SYSWeld，建立了某型号航空发动机加力燃烧室扩散器外壁的有限元模型，采用双椭球热源模型，模拟了其环缝电弧焊接的过程，得到了焊接温度场、应力场及焊后变形分布的结果并对其进行了定性分析。这可为加力燃烧室的实际焊接加工工艺提供理论依据。     

航空发动机加力燃烧室扩散器外壁环缝焊接模拟

基于焊接有限元分析软件SYSWeld,建立了某型号航空发动机加力燃烧室扩散器外壁的有限元模型,采用双椭球热源模型,模拟了其环缝电弧焊接的过程,得到了焊接温度场、应力场及焊后变形分布的结果并对其进行了定性分析。这可为加力燃烧室的实际焊接加工工艺提供理论依据。     

电渣焊接头焊接残余应力与变形的数值模拟

为研究电渣焊接头焊接残余应力的分布规律及变形特征,基于有限元分析软件MSC. Marc,开发了用于模拟电渣焊接头温度场、残余应力与焊接变形的热-弹-塑性有限元计算方法. 在所开发的计算方法中,采用全椭球等密度体积移动热源模型来模拟电渣焊的热输入,并以生死单元技术考虑焊缝成形,数值模拟了箱型柱中的腹板与隔板处电渣焊接头的焊接残余应力与变形. 同时,采用试验方法实测了电渣焊接头的横向收缩及角变形. 结果表明,横向收缩和角变形的计算结果都与试验值比较吻合,验证了所开发的数值计算方法的妥当性. 此外,利用数值模拟方法详细研究了电渣焊接头焊接残余应力的分布特征.     

GMAW三维瞬态焊接热过程的数值模拟

采用双椭球体热源分布模式,把过热熔滴带入熔池的热焓量处理为特定区域的均匀热源,建立了运动电弧下GMAW焊接热过程的数值分析模型.利用Visual Fortran编写数值计算程序,预测了从电弧引燃到准稳态过程中焊接温度场和熔池形状的动态演变,以及熔池自由表面的变形,并进行了试验验证.结果表明,达到宏观准稳态时,计算所得熔池宽度和深度与试验结果基本吻合.