焊接顺序对汽车零件十字接头焊接残余应力及变形影响的数值分析

为了研究焊接顺序对十字接头焊接残余应力及变形的影响,本文基于MSC.Marc大型有限元分析软件,开发了用于模拟焊接温度场、应力场和应变场的热-弹-塑性非线性有限元计算方法。在所开发的计算方法中,采用了双椭球高斯体积移动热源模型来模拟焊接的热输入,以生死单元技术考虑焊缝成形,数值模拟了低合金高强钢Q345的十字型接头焊接残余应力与变形。并考察了焊接顺序对该接头焊接残余应力和变形的影响。结果表明,焊接顺序对十字接头的纵向残余应力有明显的影响;同时对焊接变形也具有一定的影响;但是对横向残余应力无明显的影响。     

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.     

大型底板结构焊接顺序控制变形数值分析

利用非线性有限元方法对某大型结构底板焊接顺序进行数值模拟计算,建立了疏密过渡的有限元模型.使用随温度变化的材料热-力参量,采用高效率的移动串状双椭球热源模型,定性地对比了不同焊接顺序及不同约束情况下底板挠曲变形量数值大小.结果表明,先焊底板比先焊筋板方法挠曲变形小;底板两条纵、长焊缝分别焊接比同时焊接方法挠曲变形小;使用刚性平台约束焊接比自由焊接挠曲变形小;筋板两侧横、短焊缝同时焊接不会产生扭曲变形;焊接结构的挠曲变形与结构的中性轴密切相关.     

焊接顺序对大型薄板装甲钢结构焊接变形的影响

基于有限元软件SYSWELD建立了大型薄板装甲钢结构的焊接有限元模型,采用Local-Global方法研究了焊接顺序对薄板结构焊接变形的影响. 通过对比焊缝截面宏观形貌,利用SYSWELD热源拟合工具,建立了适合现场焊接工艺的双椭球热源模型. 采用热弹塑性有限元法分析了T形和对接接头的焊接过程,获得了局部塑性应变和焊缝刚度,进而模拟了不同焊接顺序下薄板结构变形情况. 结果表明,现场焊接顺序下结构中部薄板焊接变形严重,最大变形量为9.6 mm,模拟结果与试验结果吻合较好;采用优化的焊接顺序,可有效控制薄板焊接变形,最大变形量可减小75%.     

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...     

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.     

试件尺寸对Q345薄板单道堆焊接头变形的影响

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,用于模拟薄板焊接接头的温度场和焊接变形. 利用所开发的方法数值研究了试件尺寸对板厚为2 mm Q345低合金高强钢单道堆焊接头焊接变形的影响. 同时,采用试验方法测量了薄板接头的面外变形. 通过数值模拟结果与实测值的比较,验证了所开发的非线性有限元方法的有效性. 结果表明,试件尺寸对Q345薄板接头的变形量和变形分布都有显著影响. 此外,还详细讨论了在不同长宽比条件下薄板面外变形的产生机理.     

热源形状参数对薄板焊接残余应力和变形的影响

采用热-弹-塑性有限元方法模拟焊接残余应力和变形时,对于移动热源模型形状参数的选取,在大多数情况下大都是根据研究者的经验来确定.然而对于热源模型形状参数对焊接残余应力和变形的影响尚不十分明确.基于ABAQUS有限元软件,以高强钢SM490A单道TIG焊为例,通过建立三维有限元模型和采用双椭球体积移动热源模型,研究了热源模型形状参数对焊接残余应力和变形的影响.结果表明,热源模型形状参数对焊接残余应力影响较小,而对焊接变形,尤其是对角变形有一定程度的影响.     

桥式起重机箱形梁焊接的数值模拟

针对起重机主梁盖板和腹板的箱形梁焊接残余应力及变形复杂等情况,采用有限元方法,选取分段移动串行热源模型、热力耦合及生死单元技术,进行了焊接应力场及变形的数值模拟。结果表明,所采用分段移动串行热源模型加载热载荷的方法,能够较好地模拟实际焊接过程中的热源移动情况,与普通高斯热源相比,网格数量及计算时间明显减少,且计算精度基本相同,模拟出的箱形梁焊接变形与理论分析基本吻合。     

焊接顺序对Q370qE桥梁钢焊接残余应力的影响

利用数值模拟和试验的方法,采用考虑材料性能、双椭球体积热源的顺序耦合热力有限元模型研究了焊接顺序对Q370qE桥梁钢十字接头残余应力的影响.通过对比数值模拟和小孔法实验测得的焊接残余应力,验证了有限元模型.针对实际焊接时所选择的焊道焊接方向,对十字焊接在不同焊接顺序下的残余应力进行模拟.结果 表明,焊接顺序显著影响十字...     

用瞬间热源模拟Q390高强钢厚板多层多道焊T形接头的焊接残余应力

文中以钢结构中常用的厚板T形接头为研究对象,建立有限元模型,采用所开发的瞬间热源模型,对板厚为30 mm的Q390高强钢多层多道接头的焊接残余应力进行了数值模拟,并与移动热源模型的计算结果进行对比.同时,采用瞬间热源模型,探究了有限元网格密度对焊接残余应力的计算精度和计算时间的影响.此外,采用盲孔法实测了T形接头的焊接残余应力.结果表明,采用所开发的瞬间热源模型,不仅可以保证焊接残余应力有较高的计算精度,而且还可以大幅度缩短计算时间.比较发现,采用瞬间热源模型时,焊缝长度方向的网格大小对计算结果的影响很小,采用粗网格可进一步缩短计算时间.     

激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头影响的模拟试验分析

建立304不锈钢T形接头三维有限元模型,研究激光电弧复合焊接顺序对304不锈钢T形接头热变形及残余应力的影响. 采用高斯面热源加高斯锥形体热源组合的热源模型,模拟激光电弧复合热源,并通过304不锈钢激光电弧复合堆焊工艺试验验证数值模拟激光电弧复合焊接过程的可靠性. 结果表明,焊缝截面熔池形貌的数值仿真结果与焊接工艺试验结果吻合较好,该热源模型能有效模拟激光电弧两种热源的复合作用. 确定多种焊接顺序方案,分析不同焊接顺序下T形接头温度场、残余应力和热变形情况,激光电弧复合焊接顺序对T形接头残余应力及热变形均有影响,通过对比不同顺序下残余应力值及热变形量发现,顺序焊接能有效减小焊接残余应力,同时反向焊接产生的热变形量最小. 综合分析,不锈钢T形接头顺序反向焊接的效果最佳.     

基于焊缝形状的二维焊接温度场模拟热源模型

焊接温度场数值模拟准确性是焊接应力变形数值的前提.二维模型由于其计算效率高是焊接过程有限元数值模拟的常用模型.然而,三维热源转变为施加在二维平面上的热源需要进行修正.本文提出基于焊缝几何形状的用于二维焊接温度场模拟的热源模型,根据焊缝几何形状来计算热源作用体积,并考虑了焊接移动热源对二维平面的作用,采用高斯分布函数来表征热源在时间上的变化.采用该热源模型对不锈钢板多道对接焊和p91管对接焊的温度场模拟,模拟结果和试验结果符合较好.     

沟槽蒙皮结构激光焊接应力和变形的数值模拟

利用有限元分析软件MARC对"沟槽-蒙皮"结构的激光焊接过程进行三维数值模拟,涉及了激光焊接复合热源模型的确定,热力学边界条件的简化,数值模拟温度场的验证,以及残余变形和应力分布结果的分析和讨论.研究了结构上规则排列的多道焊缝的施焊顺序对焊接残余应力和变形的影响.结果表明,不同焊接顺序所产生的变形态相同,变形量有区别,而残余应力的分布则不同,以由外向中的对称顺序进行焊接时,结构的焊后残余变形最小,残余应力的分布比较均匀,峰值最小.     

板壳单元在焊接热弹塑性有限元计算中的应用

基于有限元软件Abaqus,采用板壳单元对薄板对接焊进行热弹塑性数值模拟. 建立具有截面积分特性的板壳单元二维有限元模型,采用高斯面热源与均匀体热源组合的混合移动热源,考虑材料随温度的变化特性,对薄板的接温度场与变形场进行了计算,并与相当网格尺寸的三维实体单元计算结果进行了对比. 结果表明,板壳单元与实体单元计算所得温度场与变形结果比较一致;采用非均匀板厚模拟加强高的板壳单元能够进一步改进焊接变形预测结果;在保证计算精度的条件下,板壳单元比实体单元具有更高的计算效率,计算结果为改进大型结构焊接变形预测方法提供了参考意义.     

MTFM的建立及其在铝合金筒体结构焊接变形预测中的应用

应用以温度为控制变量且体现焊接温度场瞬时移动特性的高效计算方法——移动温度函数法(moving temperaturefunction method,MTFM),综合采用材料性能依赖于温度及温度历史的材料新模型,建立了4种几何尺寸铝合金简体结构的焊接过程三维有限元模型,预测了焊后母线下凹变形.同时,应用传统顺序耦合计算方法建立了有限元模型以对比计算效率与精度,并进行了实验验证.与传统顺序耦合计算方法相比,MTFM耗时均缩短60%以上,大幅提高了计算效率;所预测的铝合金简体结构焊后下凹变形量与传统顺序耦合计算方法模拟结果以及实际测量结果均吻合较好,计算误差小于10%.本文所应用的高效焊接数值模拟计算方法适用于不同几何尺寸铝合金简体结构,一定程度上说明了MTFM对不同结构和尺寸的焊接结构焊后变形预测的适用性.     

基于Sysweld的汽轮机低压缸侧板焊接变形数值模拟

依据Sysweld热弹塑性有限元理论,采用"局部-整体"映射法对汽轮机低压缸侧板进行焊接数值模拟,模拟计算出四种不同焊接顺序下的焊接残余变形,分析出结构的最优焊接顺序,指导侧板的实际焊接并将实际焊后变形与模拟焊接变形比较,吻合良好。为大型复杂结构和汽轮机实际生产提供了理论依据,并为大型结构的焊接提出了一种高效的数值模拟技术路线。     

动车组铝合金型材地板焊接变形的数值模拟

采用非线性有限元软件MSC.Marc对动车组地板大型复杂铝合金挤压中空型材结构的焊接过程进行了数值模拟.为了提高计算效率和精度,对结构的有限元模型进行了合理的疏密过度的网格划分,实测了材料随温度变化的热物理-力学性能参数,并采用双椭球体热源模型模拟MIG焊接热源.通过对某型号动车组地板结构焊接后挠曲变形的实际检测,结果证明模拟计算结果与检测数据吻合良好.研究结果证实:基于热-机耦合的有限元法并将材料动态高温性能参数的试验测试数据代入模拟计算的方案,能够为动车组铝合金型材地板焊接结构的焊接变形预测提供高效、高精度的技术手段利用本方法可以实现同类复杂结构焊接变形高精度预测.     

高速机车构架侧梁的焊接顺序

控制高速机车转向架构架侧梁的焊接变形是控制构架生产质量的关键.以热弹塑性理论为基础,基于热-机耦合算法创建了侧梁热弹塑性仿真模型,采用Marc软件,分别研究了内部焊缝和外部主焊缝焊接顺序对侧梁焊接变形量的影响,得到了焊接顺序影响变形的规律,为实际生产过程中控制高速机车转向架构架的焊接质量提供了可靠的依据.为了避免计算仿真模型过于庞大,计算效率低下等问题,在创建该数值仿真模型中,采用了分段移动的串热源模型和并行计算技术等,从而使数值仿真领域中最复杂的焊接过程仿真得以直接应用工程中.     

不同焊接顺序的汽车用S355J2G3钢工字梁焊接结构变形和残余应力的有限元预测

基于焊接热弹塑性有限元分析理论,采用焊接专用有限元分析软件对不同焊接顺序的汽车用S355J2G3钢工字梁焊接结构手工MAG焊接过程进行了数值仿真,获得不同焊接顺序下焊接结构的变形和残余应力分布.模拟时,选择双椭球焊接热源模型,考虑了材料热物理性能与温度的非线性关系,以及相变潜热对温度场的影响.重点研究了焊缝及临近焊缝区域焊接残余应力和变形的分布特征,并进行了理论分析.