关于焊接塑性应变的计算与讨论

采用数值模拟的方法计算了平板熔焊对接接头的纵向塑性应变的分布和动态演变过程.就目前学者所提出的焊缝存在的拉伸塑性应变的观点与传统的残余压缩塑性应变理论所存在的分歧,对比了考虑熔化现象和不考虑熔化现象两种情况,分析了焊缝中心和热影响区焊接准稳态时纵向塑性应变的变化规律.结果表明,考虑熔化现象和不考虑熔化现象纵向塑性应变结果基本相同,在焊接加热过程中所产生的压缩塑性应变始终大于冷却过程中所产生的拉伸塑性应变,在考虑熔化现象的情况下,其热影响区也始终处于压缩塑性应变状态,只是在移动热源经过后,其压缩塑性应变值在冷却的过程中有所减小.     

焊接残余应力形成机制与消除原理若干问题的讨论

针对目前存在的一些对焊接残余应力形成机制和消除原理传统理论的质疑和不同观点，采用两端拘束杆件和长板各焊接的一维简化模型，分析比较了经受加热与冷却热循环以及直接从高温冷却下来时的应变历史和残余应力产生的机制。结果表明，前者存在残余压缩塑性应变，后者存在残余热收缩应变。两者对产生残余应力的作用完全是等价的，为了统一概念，建议引入固有应变理论。固有应变包括焊接过程中产生的塑性应变，热应变和相变应变，残余应力是在固有应变源作用下构件自动平衡的结果，消除焊接残余应力必须去除固有应变源，此外对若干容易混淆的问题进行了讨论。     

钢板焊接温度场与应力应变场有限元数值模拟

文中基于有限元软件ABAQUS,以过渡划分网格方法建立了钢板对接焊有限元模型,采用间接法对厚8 mm钢板焊接过程进行了三维动态数值模拟,计算得到了焊接过程温度场与应力应变场.结果表明:钢板焊接温度场分布与熔池中心距离呈正相关,熔池中心温度最高,距离熔池中心越近温度梯度越大;焊缝处残余应力及变形均呈中间大、两头小的分布形...     

厚板焊接温度场和残余应力场的数值模拟

运用有限元计算软件ABAQUS,对10 mm厚钢板电子束焊接温度场和残余应力场进行了数值模拟.有限元模型中选用三维实体单元,采用非耦合方法,并考虑了材料物理性能随温度的变化和周边对流、辐射散热的影响.针对电子束焊接热源的特点采用移动体积生热的高斯锥形分布的模式来模拟匙孔效应.温度场计算结果表明,焊件热影响区狭窄.计算结果分别给出了焊缝部位上、中、下表面的纵向、横向和板厚方向残余应力分布.结果表明,焊缝区大部分区域三个位置的应力无显著差异,但是在起焊点和收焊点三处应力存在显著差异;焊缝区残余纵向拉应力分布在焊缝两侧各20mm区域,最大值达到材料屈服应力.残余应力的分布与厚板焊接理论相一致.     

相似理论在焊接温度场和应力场及应变场中的应用

从焊接热效应为焊接残余应力和残余变形的根本原因出发,认为相似温度场是相似应力场及应变场的前提。利用因次分析法,忽略弹、塑性形为能及相变引起的能量变化,推导出焊接温度场相似应满足的条件。在此基础上,利用方程分析法导出应力场及应变场的对应关系。为了进行数值验证,还推导出为满足相似温度场高斯热源应具备的必要条件。为了表明所推导相似条件的可行性,本论文利用平板表面堆焊的数值模拟进行验证,得到较好的结果。     

堆焊金属残余应力场的计算机模拟

采用60CrMnMo钢为基体材料,用AST型X射线应力分析仪对堆焊残余应力场进行了测定。发现在堆焊金属中心部位和熔合区附近的热影响区出现了两个残余拉应力峰值。用ANSYS计算软件,模拟了堆焊过程中温度场和残余应力场的分布,在模拟中考虑了马氏体相变、杨氏模量与其它参数对计算结果的影响,并将计算值与残余应力场的测量值进行了比较。结果表明,残余应力场的计算结果与实测结果吻合较好,说明本文建立的有限元计算模型是有效的。采用这一模型,模拟了不同试样尺寸对堆焊金属残余应力场分布的影响。计算结果表明,随着试样尺寸的增大,残余应力峰值增大,且峰值益发生变化。     

焊接塑性应变演变过程——不锈钢薄板焊接塑性应变演变过程

采用数值模拟方法对不锈钢薄板电弧焊接塑性应变演变过程进行了分析.结果表明,在焊接过程中焊缝及近缝区内无论是纵向塑性应变还是横向塑性应变均为压缩塑性应变,熔池凝固冷却产生的拉伸回复不足以完全抵消加热过程已产生的压缩塑性应变,最终残留在焊缝及近缝区内的塑性应变仍保持压缩状态,压缩塑性区的宽度明显大于材料"力学熔化区"宽度.     

焊接残余应力数值模拟的研究与发展

分析了用有限元法计算焊接残余应力的基本理论，其中包括温度场和应力场的数值模拟，介绍了焊接残余应力数值模拟方法的近期研究成果，并探讨了焊接残余应力数值模拟技术的发展趋势。     

焊接塑性应变演变过程——不锈钢薄板焊接塑性应变演变过程

采用数值模拟方法对不锈钢薄板电弧焊接塑性应变演变过程进行了分析.结果表明,在焊接过程中焊缝及近缝区内无论是纵向塑性应变还是横向塑性应变均为压缩塑性应变,熔池凝固冷却产生的拉伸回复不足以完全抵消加热过程已产生的压缩塑性应变,最终残留在焊缝及近缝区内的塑性应变仍保持压缩状态,压缩塑性区的宽度明显大于材料\     

铝热焊的温度场及残余应力场有限元分析

应用ANSYS软件对焊接模型进行了有限元建模,并利用单元生死技术和热-结构耦合功能仿真了焊接过程,模拟出铝热焊动态温度场和动态残余应力场。结果表明:加压的最佳时间在55~255s之间,焊接结构中最大残余应力多出现在熔合区附近,熔合区横向多为拉应力,最大值约212MPa。     

移去热源前后中高碳钢堆焊温度场和应力场的数值模拟

以中高碳钢60CrMnMo为研究对象,测量了堆焊后的残余应力场.采用有限元分析对热源移去前后堆焊温度场和应力场进行了数值模拟.残余应力场实测结果与模拟结果基本吻合,证明了模型的有效性.温度场模拟获得了不同时刻整个试样的温度分布及试样上各典型截面的温度变化曲线.堆焊16 s后移去热源前后温度场分布有很大差异,堆焊结束后,热量迅速向下表面及周界方向传播.直至180s,试样温度场显现平衡态,传热基本停止,此时温度峰值位于靠近下表面心部,内外温差不大.利用温度场模拟结果模拟了堆焊热源移去前后几个关键时刻的瞬态过程应力.结果表明,应力峰值出现于热影响区与母材区交界面,跃变点前后变化十分显着.     

Monel-400合金环焊温度场和残余应力场的数值模拟

采用ANSYS大型通用有限元分析软件,利用APDL语言模拟计算了Monel-400合金环焊温度场.绘制出焊缝熔合线及其附近的热循环曲线,将热分析得到的节点温度作为体载荷进行应力场的数值模拟计算.结果表明:外表面节点x方向的应力刚开始时为拉应力,12s后转变为压应力,而中间节点和内表面节点x方向的应力始终为压应力,并大于...     

Review on finite element analysis of welding deformation and residual stress

Welding deformation and residual stress have negative influence on assembly accuracy and service performance. Thermal elastic plastic (TEP) and inherent strain finite element analysis (FEA) methods were used to study this challenge. Basic principle of these two methods was first introduced. The influence of welding process, constraints, solid phase transformation and multi-pass welding on deformation and residual stress was discussed, and computation accuracy and efficiency were summarised. Loading method of inherent strain in inherent strain FEA was analysed, interface element was introduced to simulate effects of the gap on deformation in assembly welding especially for large structures. The future work, including accurately multiscale TEP model, efficiently transient prediction method of large structures, and flexible evaluation software, was planned.     

焊接残余应力的温度-组织-应力耦合分析

在应变加和分解式的基础上,通过引入相变应变增量描述模型,采用均匀化方法对多相组织力学行为进行描述,构建可以对温度-组织-应力耦合关系进行表征的模型,并将该模型应用于对9Cr1Mo钢管道环焊缝接头焊接残余应力的分析中.结果表明,在数值模拟中,使用三维有限元模型进行计算,计算结果很好的体现了在焊接过程中马氏体相变随热源移动逐渐进行的过程.在对焊接残余应力的表征上,无论是在残余应力沿管道轴向分布的特征,还是在具体的残余应力水平上,三维有限元计算的结果均与实际测量结果取得了较好的吻合.     

焊接残余应力数值模拟研究技术的现状与发展

在焊接过程中产生的动态应力应变及随后形成的残余应力，是导致焊接裂纹和接头性能下降的重要因素。因此，焊接残余应力一直是人们关注的热点问题。结合焊接残余应力的研究方法与手段。介绍近年来固内外关于焊接残余应力的研究现状与发展。     

7075铝合金搅拌摩擦焊接头温度场及残余应力场的有限元模拟

根据搅拌摩擦焊特点及库伦摩擦做功理论,以厚度为6 mm的7075-T7351铝合金板材为研究对象,基于ANSYS有限元软件,建立了搅拌摩擦焊双热源三维有限元模型,研究不同转速、焊接速度对温度场及残余应力场的影响规律.结果表明,焊接过程峰值温度在500℃左右,接头最高温度出现在搅拌头后部大约5 mm处;接头残余应力以纵向残余应力为主,在垂直焊缝方向上呈M形分布,最大值约为150 MPa;当搅拌头转速一定时,随着焊接速度的增大,峰值温度减小,峰值纵向残余应力增大;当焊接速度一定时,温度随着转速的增大而增大,且转速越大,纵向残余应力分布越均匀.     

局部加载拉应力对平板焊接残余应力场的影响

采用有限元模拟技术,观察在局部加载条件下平板焊接残余应力场的应力分布,比较平板构件焊接过程中拉伸与焊后拉伸在降低应力方面的不同效果.发现在局部加载条件下焊接过程中拉伸比焊后拉伸可更好地减小焊接残余应力,且当外加载荷低于材料的屈服强度时,载荷越大,残余应力的降低越明显.用200 MPa外截拉伸时,焊后拉伸残余应力最大值由常规焊条件下的235 MPa降至130 MPa,焊接过程中拉伸残余应力最大值可降至50 MPa.结果表明,通过局部加载减小焊接残余应力是可行的.     

基于ANSYS的焊接过程有限元模拟

以中厚板表面堆焊为例,利用ANSYS软件对焊接过程三维瞬态温度场、应力应变场进行了有限元模拟.分析时采取了有效措施保证求解的准确性和收敛性,计算结果与实测结果比较吻合,并编制了参数化的模拟分析程序.