换热器管子与管板焊接接头残余应力数值模拟

利用有限元软件ABAQUS,对换热器管子与管板焊接残余应力进行数值模拟,获得了焊接接头残余应力的分布规律,比较了伸出角接头和内角接头的优劣.计算结果表明,内角接头残余应力比伸出角接头小.最大径向应力出现在管板表面的热影响区,对管板表面裂纹有主要影响.最大环向应力出现在焊缝根部,对管子与管板连接失效影响较大.相邻两换热管之间,由于后面换热管的焊接加热作用,使前面管子焊缝局部应力值下降,有利于降低应力腐蚀开裂的敏感性.研究结果为优化换热器管子与管板的焊接工艺、控制残余应力提供了理论依据.     

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;     

Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布

采用分割法测量了4个Q460高强钢焊接T形截面的纵向残余应力分布；借助通用有限元程序ANSYS，采用热-结构耦合分析方法模拟钢板的切割和焊接过程，将数值模拟获得的纵向残余应力与试验值进行对比，从而验证有限元分析过程的正确性；基于有限元方法获得更多不同截面尺寸的Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布，对丰富的数据进行汇总分析，重点研究板件宽厚比和板厚对残余应力大小及分布的影响.结果表明，残余拉应力分布在焊缝周边区域、翼缘和腹板外伸端，残余压应力则分布在翼缘外伸段中部及腹板中部区域；残余拉应力与板件宽厚比和板厚均无关，残余压应力与板件宽厚比和板厚成反比；翼缘和腹板的残余应力均达到自平衡.提出的Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布模型，可为后续钢压杆的整体稳定承载力数值分析提供重要参考.     

AH36薄板不同焊接工艺下应力的三维数值模拟

通过建立三维有限元模型,对不同焊接条件下6 mm厚AH36钢薄板焊接残余应力峰值和分布进行了数值计算和试验研究.结果表明,在冷却方式相同的情况下,焊接应力峰值与热输入相关,采用混合焊方法的试样应力较大;在焊接方法相同的情况下,不同冷却方式的纵向焊接应力分布规律不同.与常规焊相比随焊激冷改善了焊接残余应力场分布,尤其是降低了残余拉应力峰值.为验证有限元模拟结果的准确性,采用相同参数进行焊接试验,试验结果与数值模拟结果基本一致,表明采用三维有限元模拟技术可以掌握不同焊接条件下焊接应力演变规律,为控制焊接残余应力提供了依据.     

热-物理与力学参量对混合钢U肋加劲板残余应力分布影响

建立三维热弹塑性有限元模型,使用随温度变化的材料热-物理与热-力学参量,对混合钢U肋加劲板的焊接温度场和应力场进行了模拟.应用经试验验证的焊接残余应力数值模拟方法,研究了热导率、比热容、密度、弹性模量、泊松比、线膨胀系数共6个热-物理与力学参量对混合钢U肋加劲板焊接残余应力的影响.结果表明,热导率和泊松比对混合钢U肋加劲板焊接残余应力分布影响很小;弹性模量和热膨胀系数对母板残余拉应力和残余压应力以及U肋腹板残余压应力大小影响最大,次之为比热容、密度.因此,对于残余压应力比较敏感的受压混合钢U肋加劲板,在焊接残余应力数值模拟中弹性模量和热膨胀系数的取值正确与否将对计算结果产生较大影响.     

预拉伸对奥氏体不锈钢焊接残余应力影响的研究

奥氏体不锈钢应变强化技术是通过产生一定的塑性形变来提高材料的屈服强度从而达到节省材料的目的。为了保证安全,必须对焊接工艺试板预拉伸后再进行焊缝力学性能测试,试板中的焊接残余应力会对后续取样以及测试结果产生影响,因此受到关注。本文通过有限元数值模拟结合试验数据,得到焊接试板内的温度及残余应力分布,并模拟了预拉伸对焊接残余应力分布的影响,认为垂直焊缝方向的拉伸,可以有效释放焊接过程中产生的残余应力,并弱化了残余应力分布的不均匀性。     

换热器管子与管板焊接接头残余应力的数值模拟

基于ANSYS平台对油浆蒸发器伸出管板角接头的焊接残余应力进行数值模拟,获得了焊接接头的残余应力分布,成功的解决了焊缝的环形行走和不同部位之间的热传导问题.有限元分析结果表明.接管环焊缝的残余应力分布具有局部性的特点,高应力危险区集中在焊缝周围的管板热影响区.本文焊接条件下管接头环焊缝最大径向焊接残余应力出现在临近焊接热影响区的焊缝根部,对导致出现应刀腐蚀开裂起主要作用.合理的预热措施使最大环向焊接残余应力降低20%左右,同时管桥表面应力也得到明显改善,这就有效降低了管板表面出现应力腐蚀开裂的风险.     

薄板焊接残余应力尺寸效应

利用ANSYS大型有限元软件对对接薄板焊接残余应力的大小和分布进行了计算,得出了尺寸因素对焊接残余应力的影响规律,特别是过渡板宽、板长对焊接残余应力的影响,分析过程中考虑了材料的物理性能及力学性能随着温度的非线性变化以及金属的熔化潜热,使数值模拟结果尽量接近实际值.最后理论计算与试验结果相比较,结果是基本吻合的,所得结果可以进行残余应力预测.     

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.     

焊接残余应力对焊接接头蠕变性能的影响

应用大型有限元分析软件ABAQUS及其RESTART功能,建立了焊接温度场模型、残余应力场模型和蠕变分析模型.使用焊接残余应力作用下蠕变的顺次耦合有限元计算方法,对Cr5Mo加热炉炉管焊接接头残余应力和蠕变进行了数值模拟.计算方法为掌握复杂的焊接残余应力对高温炉管焊接接头的蠕变影响奠定了基础.比较了考虑焊接残余应力和仅承受内压两种工况下的炉管接头蠕变情况.结果表明,虽然焊接残余应力在短时间内松弛,但焊接残余应力决定了炉管的蠕变变形,焊接残余应力是影响炉管蠕变的重要因素.     

高速列车底架结构承载应力场数值分析

高速列车底架采用铝合金挤压型材和板材焊接而成,焊接残余应力的分布状态及水平直接影响高速列车的承载能力及安全使用寿命问题。针对承受典型载荷形式的高速动车底架,采用非线性有限元软件Marc对底架结构的焊接残余应力场及工作载荷作用后的残余应力进行数值模拟,确定了残余应力危险点位置,发现承受拉伸载荷后底架应力存在一定松弛。     

基于ABAQUS有限元计算的Al-Mg-Zn铝合金多层焊残余应力预测

针对7系(Al-Mg-Zn)铝合金在不同拘束下三层四道焊的残余应力分析,采用顺序耦合的热弹塑性有限元方法对温度场与不同拘束下的应力场进行了数值计算,并用X-ray残余应力测试仪对实际焊板的纵向残余应力进行了测试。结果表明:应力集中位置位于试板受到约束的位置与焊缝附近,采用实际约束的应力模拟结果与残余应力测量结果基本一致。通过数值模拟计算得出,与两端固定的焊接拘束相比,实际焊接试验的工装约束会产生更高的残余应力水平,而自由拘束条件下的残余应力模拟结果最小。     

Q345钢对接接头残余应力与变形的预测

以ABAQUS软件为平台,开发了用于模拟多层多道焊接头温度场、残余应力和焊接变形的热-弹-塑性有限元计算方法. 利用所开发的计算方法对板厚为16 mm的Q345钢平板对接接头的温度场、应力场和变形进行了数值模拟. 采用试验方法测量了对接接头的残余应力和角变形. 试验结果与数值结果比较吻合,验证了所开发方法的有效性. 结果表明,在板厚相同的条件下角变形和横向收缩随着焊接层数的增多有增大的趋势;焊缝附近的纵向拉伸应力区域分布范围随焊接层数的增加略有减小;焊接层数对纵向残余应力的峰值影响较小.     

考虑初期残余应力对Q345高强钢厚板多层多道焊接残余应力影响的数值模拟分析

在实际生产过程中,焊接试件在实施焊接之前,一般都会经过一系列的热加工和机械加工。如此一定会使得焊件在焊前就已经存在一定分布的应力,即初期残余应力。为了研究该初期应力对焊接残余应力分布及其数值的影响,尤其是对多层多道焊接的影响,本文基于有限元分析软件MSC.Marc,开发了用于模拟厚大接头多层多道焊的焊接温度场、应力场和变形的热-弹-塑性有限元计算方法,以钢结构中常用的对接接头为研究对象,建立有限元模型,采用所开发的方法,对板厚为20 mm的Q345高强钢焊接残余应力和变形进行了数值模拟。在该有限元模型计算中,采用生死单元技术,并仔细考虑了焊缝与母材随温度变化的高温热物理性能和力学性能数据来模拟焊接过程中的热-力学行为。研究结果表明,初期应力对焊接区域焊接残余应力的影响较小,但是对远离焊接区域无论是分布还是数值均有一定的影响;初期应力对最终的焊接变形的数值有一定的影响,但是对变形的分布影响较小。     

焊接顺序对薄壁八边形管-板焊接接头残余应力的影响（英文）

考虑实际焊接中热-机械的直接耦合效应,通过热-弹塑性有限元法建立三维有限元模型来研究不同焊接顺序对薄壁6061铝合金焊件焊后残余应力分布的影响,采用单道TIG焊接实验来验证模拟结果的准确性;利用九种不同的焊接顺序来研究八边形管和底板之间焊后残余应力的分布状态。结果表明,焊缝及其附近存在的初始残余应力并不影响最终残余应力的分布;选择合理的焊接顺序可以有效降低八边形管-板接头的残余应力。     

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。     

SS304半管夹套焊接部位残余应力三维有限元模拟

半圆管夹套设备最常见的问题是夹套焊接部位开裂引起泄漏,焊接残余应力是重要的影响因素之一.利用有限元软件ABAQUS,开发了一个多次顺次耦合焊接残余应力有限元计算程序,并利用FORTRAN语言编写移动高斯热源的分布子程序,对304不锈钢半管夹套焊接部位残余应力进行数值模拟,得到半管夹套T形接头焊接残余应力分布规律.计算结果表明,在T形接头附近,应力水平较高,易诱使焊缝开裂失效.并对半管夹套的焊接制造提出建议,为优化半管夹套焊接工艺、控制焊接残余应力提供理论依据,对提高半管夹套设备的可靠性和安全性具有重要意义.     

EO反应器20MnMoNb特厚度管板拼焊残余应力与变形有限元模拟

利用有限元ABAQUS软件,对国产EO反应器20MnMoNb特厚度管板拼焊制造过程进行有限元模拟,得到了390mm厚的特厚板对接焊残余应力与变形的分布规律．焊接采用双U形坡口,两面交替焊接,并在焊缝两侧的板面上施压4500kN的配重以限制管板的变形．结果表明,特厚度管板焊后在钢板内部为残余压应力,而靠近两外表面,特别是在焊缝及热影响区内,为较大的残余拉应力．施压配重的方法有效地限制了管板的翘曲变形,且施压配重的重量越大,板的变形程度越低,但是变形被限制的同时也增加了板内的残余应力,配重重量的选择需要兼顾其对变形和应力两者的共同影响．     

基于Visual-Weld的汽车钢圈焊接残余应力数值模拟

焊接残余应力是影响钢圈尺寸稳定性的重要因素。本文运用焊接有限元分析软件Visual-Weld,通过建立轴对称的非线性热弹塑性计算模型,对某型号汽车钢圈进行了焊接残余应力数值模拟,获得了焊接温度场及焊接残余应力的分布规律,并利用X-350A射线残余应力测定仪对钢圈试验件进行焊接残余应力检测。结果表明,数值计算值与实测结果基本吻合,从而验证了有限元分析模型的准确性,为后续的模型改进及优化焊接工艺提供了理论依据和参考。     

焊接顺序对Cr13型抗磨板表面堆焊变形的影响

基于热弹塑性有限元法,在仅考虑单向耦合的基础上,建立了抗磨板表面堆焊情况下的有限元计算模型,并对三种不同焊接顺序下的温度场、应力应变场进行了数值模拟,分析了焊接顺序对抗磨板表面堆焊变形的影响规律.结果表明,不同焊接顺序下导叶轴孔圆周度变形程度不同,与水平面间隙大小不一,焊后最大残余应力位于螺栓孔处,且最大残余应力沿螺栓孔周向呈正弦分布.综合比较,焊接顺序3引起的焊接变形小,且焊后残余应力分布均衡,有利于提高抗磨板的可靠性和安全性.模拟结果为Cr13型抗磨板实际焊接修复时的焊接顺序选择提供了理论依据.