焊缝管液压胀形模拟建模及变形规律的研究

基于周向显微硬度的分布及经验公式法,确立了STKM11A焊缝管热影响区的流动应力;通过对热影响区进行分片的方式,建立了包含焊缝和热影响区的焊缝管液压胀形的有限元模拟模型。基于该模型,模拟分析了STKM11A焊缝管液压胀形时的变形规律,如截面轮廓形状、周向壁厚分布和成形极限等,并与胀形实验结果进行对比。结果表明,液压胀形后焊缝管的截面轮廓形状不对称、壁厚分布不均匀,最小壁厚位于热影响区;包含焊缝及热影响区的有限元模型在预测焊缝管液压胀形的变形规律、极限载荷和潜在胀裂位置等方面,较其他常规模型更加精确。     

DE-GMAW高速电弧焊工艺机理的研究

通过大量的工艺实验,找出了DE-GMAW双焊枪组合的匹配参数,测试了焊接电流波形,拍摄了熔滴过渡图像,并获得了无成型缺陷的焊缝照片.基于实验结果解释了高速焊接工艺的机理.建立了适用于DE-GMAW焊接工艺的有限元模型,并对该工艺条件下的温度场、应力-应变场进行了数值模拟.结果表明:计算出的DE-GMAW焊缝横断面形状尺寸与实验结果吻合良好;在通过焊丝的总电流相同时,DE-GMAW焊接时焊缝尺寸、热影响区宽度、应力、应变及变形均小于常规GMAW焊时的结果.这为DE-GMAW焊接工艺参数优化提供了基础数据.     

数值计算模拟工艺参数对管道环焊缝残余应力的影响

以热——弹塑性理论为基础,建立了厚壁管环焊缝残余应力的二维轴对称有限元模型,利用ANSYS有限元程序分析了三种焊接工艺参数对管道环焊缝残余应力的影响,计算中考虑了材料热物理性能参数和力学性能参数的温度相关性.结果表明,管道内表面焊缝和近缝区的轴向和环向残余应力均为拉应力,而管道外表面焊缝和近缝区的轴向残余应力和环向残余应力均为压应力;接头内表面应力水平高于外表面;残余应力的最大值均位于距管道外表面一定距离处,其数值接近于材料的屈服应力;随着焊接热输入的增加,残余应力峰值变化不大,塑性变形区宽度增加.     

基于偏最小二乘回归模型的激光焊缝宽度预测与控制方法

激光焊接焊缝是激光拼焊板成形性能的重要影响因素之一,同时也是导致拼焊板在冲压过程中出现破裂失效的导火索。因此,为了提高激光拼焊板成形性能和减少在冲压过程中出现破裂的次数就必须对焊缝宽度加以预测和控制,以期提出优化的焊接工艺。利用有限元软件对激光焊接过程进行三维动态温度场模拟,通过分析试验钢板节点温度分布情况,计算出焊缝宽度。在此基础上,利用偏最小二乘回归方法建立了激光焊缝宽度预测模型。运用本研究预测模型,焊缝宽度预测相对误差均在5%以下,充分验证了该预测模型的合理性和适用性。结合模型的辅助分析技术,提出一种如何优化焊接工艺参数以获得预期焊缝宽度的方法。     

焊接弧坑热裂纹的力学机制分析

应用断裂力学物理量和有限元方法,分析并揭示焊缝弧坑热裂纹开裂力学机理. 通过应力的无量纲化和正交变换,将热—弹塑性有限元分析获得的节点应力等效为应力强度因子计算模型的外载荷,建立了基于应力强度因子参量的焊缝弧坑热裂纹数值分析模型. 计算并比较焊接热应力作用下焊缝含裂纹单元的张开、剪切和撕裂三类应力强度因子,揭示弧坑裂纹断裂机制并断口试验验证. 结果表明,弧坑热裂纹以拉裂模式主导,在热裂纹敏感区间1100~1000 ℃扩展速度最快,且呈“之”字形开裂取向.     

动颚焊接接头的疲劳可靠性分析

介绍了运用有限元分析软件Solidworks 2009对新型颚式破碎机的焊接动颚体进行有限元分析。分析结果表明，运用有限元方法可以得出不同焊缝宽度情况下的应力结果，通过对焊缝疲劳寿命的计算，大大提高了破碎机的性能，缩短了产品的开发周期，避免了了颚式破碎机动颚体焊缝内的较多缺陷，从而提高了产品的质量。     

Q235薄板焊接变形的试验研究与模拟分析

为了获取薄板焊接中瞬态变形过程规律，以及试件尺寸对焊后变形的影响规律，基于三维光学面扫描测量系统，分析了Q235薄板焊接中的焊缝区域及关键点的瞬态变形过程。根据试验测试对建立的有限元模型进行修正，采用开发的有限元模型详细讨论了试件尺寸对Q235薄板焊接面外变形的影响规律及产生机理。对比修正后的有限元模型分析与实验测试结果一致，通过仿真模拟得到：在薄板长度一定时，随着板宽度的增加，纵向弯曲程度降低，角变形变化不明显；在薄板宽度一定时，随着板长度的增加，纵向弯曲程度和角变形均增加。试板长宽比对焊缝纵向塑性应变的大小和分布的作用范围影响不大，对焊缝横向应变分布范围和大小有较大影响。该研究为工业生产中判断及降低焊后变形提供有效指导。     

S355钢焊接温度场和应力场有限元分析

S355钢作为低合金钢,在焊接过程中会伴随着固态相变现象.在考虑S355钢的固态相变效应基础上,建立了焊接过程的热弹塑性有限元模型.通过引入相变转变模型、相变塑性和相变体积模型,计算获得焊后组织分布云图,并分析了焊缝和热影响区典型节点的组织演变规律.结果表明,与不考虑固态相变效应相比,紧邻焊缝两侧的热影响区的Mises...     

基于ANSYS Workbench的数控车床主轴系统热-结构耦合分析

在有限元法与热应力学分析基础上,建立数控车床主轴系统的有限元模型,计算主轴系统热特性分析的边界条件.利用有限元分析软件ANSYS Workbench对主轴系统进行热-结构耦合分析,得到主轴系统的温度场分布和热变形,通过实验验证模型的正确性.同时计算不同主轴转速对主轴系统温升及热变形的影响,分析结果为主轴系统的优化设计及误差补偿提供了一定的依据.     

覆膜砂选择性激光烧结过程的建模研究

建立选择性激光烧结粉末的快速成型工艺过程的数值计算模型,并用于估算热固结宽度和深度.在该计算模型中,综合考虑了材料的热物性参数随温度变化的情况和激光光强分布不均匀的因素,采用Ansys有限元分析软件模拟计算激光点加热过程覆膜砂的热影响区大小,结果与实验吻合较好.     

基于Dynaform的激光拼焊板成形性能数值模拟研究

为了解决同种材料、等厚度激光拼焊板在数值模拟研究中如何建立准确的焊缝模型这一难题,通过显微硬度试验测量拼焊板焊接接头焊缝区和热影响区的硬度值,并对这些数据进行分析和计算,得到两个区域的材料力学性能参数,建立焊缝模型,并采用有限元模拟软件Dynaform 5.5对建立的焊缝模型进行数值模拟.通过模拟和试验结果的对比,验证...     

数值模拟和实验研究Ti6Al4V合金激光熔透焊接残余应力

采用热-弹塑性三维有限元法研究激光熔透焊接Ti6Al4V合金的残余应力,并采用小孔法测量焊接残余应力以和计算结果进行比较.有限元计算时,建立了以焊缝形貌尺寸为参数的统一锥形热源模型来模拟不同热输入时的焊接温度场,并讨论了边界条件和有限元网格大小的确定.研究结果表明:采用焊缝轮廓尺寸作为热源参数能准确模拟焊缝横截面轮廓;钛合金激光熔透焊接的纵向残余应力分布梯度陡;在焊件表面和内部残余应力分布趋势不同,采用小孔法测量的残余应力分布和计算的焊接件内部残余应力分布相似.     

焊缝屈服强度对SM490A钢焊接残余应力预测精度的影响

基于有限元分析软件MSC. Marc,开发了用于模拟焊接温度场、焊接应力场和应变场的热-弹-塑性有限元计算方法. 以低合金高强度钢SM490A为研究对象,采用移动热源和实测得到的YGT50焊缝与母材高温热物理性能和力学性能数据,数值模拟了SM490A钢单道堆焊接头的焊接残余应力. 并重点讨论了高组配接头焊缝的屈服强度对焊接残余应力的峰值和分布的影响. 结果表明,对于高组配接头,当把焊缝和母材不加区分(等强匹配),两者都采用母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力明显低于实测值;当分别采用焊缝和母材的屈服强度来计算焊接残余应力时,得到的焊缝处纵向残余应力与试验值非常接近.     

HQ130钢焊接区扩散氢分布的数值分析

用有限元法对HQ130高强钢焊接区扩散氢分布进行了模拟计算,分析了扩散氢对焊接裂纹的影响。编制了焊接区氢扩散的有限元程序,该程序中考虑了焊接线能量、温度、氢的表面逸出系数等对氢扩散分布的影响。数值分析表明,氢在焊缝根部熔合区附近聚集是该区域产生裂纹的重要原因。提高焊接线能量和增大氢的表面逸出系数可降低氢在焊缝表面熔合区的聚集,但对焊缝根部氢的聚集影响不大。HQ130高强钢焊接控制焊接线能量在20kJ/cm以下可减小氢的局部聚集,有利于防止根部焊接裂纹的产生,     

12 mm厚钛合金平板电子束焊接的数值模拟

采用ANSYS有限元分析软件,建立12 mm厚TC4钛合金平板电子束焊接温度场和应力场的三维有限元数值计算模型。模型采用圆锥体热源考虑电子束焊接时的小孔效应;材料的热学、力学性能参数随温度变化;相变和熔池内液体的对流散热通过比热和热导率的变化实现。计算结果表明：钛合金电子束焊接时,熔池呈典型的卵形分布。高值纵向残余拉应力集中分布在焊缝中心线两侧距焊缝中心线4 mm的区域内,平板内部出现接近材料屈服极限的局部三维残余拉应力状态。实验得到的焊缝宏观形貌和小孔释放法检测到的焊接残余应力对计算结果进行验证,实验结果和计算结果吻合较好,证明了有限元模型的正确性。     

基于DIC的拼焊板焊缝性能识别方法及验证

提出一种新的拼焊板焊缝参数识别方法——分区法.根据垂直焊缝方向次应变不同,将焊缝区分为焊缝和热影响区.采用数字图像相干技术,获取焊缝失效时拼焊板表面的应变场.建立了焊缝性能参数计算模型,分别计算出焊缝的强度系数和应变硬化指数.为验证分区法的有效性,针对纵向激光拼焊板单向拉伸试验,将理论计算结果嵌入有限元分析中,获得拉伸载荷-位移曲线,与混合法及试验结果比较.结果表明,分区法比较接近试验结果,具有较高的精度.     

X80级管线钢三丝埋弧焊接热过程的数值分析

针对X80级高强管线钢纵向焊缝三电极串列三丝埋弧焊,借助ANSYS有限元分析软件,采用生死单元技术处理双V形坡口填充,利用双椭球体积热源分布模式实现载荷的施加与求解,建立焊接热过程数值分析模型.计算结果表明,焊接开始后1.6 s时出现三电极共熔池现象,到5 s时焊接过程达到准稳态,形成长度逾100 mm的熔池;焊缝区和HAZ的焊接热循环曲线出现三个高温波峰,延长了热循环曲线的高温停留时间,是HAZ晶粒粗化和焊接接头性能劣化的主要诱因.焊接工艺试验与数值计算结果对比表明,熔宽比熔深吻合更加良好,考虑焊缝余高可进一步提高计算精度.     

Numerical simulation of asymmetric fillet weld pool based on temperature field and flow field coupling

The temperature field and flow field were analyzed to solve the problems of unstable penetration and poor forming quality,which always happen in asymmetric fillet welding. In order to explore the effect of the welding parameters on welding and improve the quality of forming,a three-dimensional mathematical model of asymmetric fillet welding was established by using the finite element software COMSOL and the coupling equation. The model was considered about the surface tension gradient,the electromagnetic force,gravity and the effect of temperature,radiation and convection heat on physical properties of the material. The flow field and the growth pattern of the weld pool were analyzed,and the weld pool geometry under different welding currents was compared. The results show that,the thin metal was preferentially penetrated,and with the welding process the weld width expanded until the weld beam was fullpenetration. The heat affected zone was got from weld experiments,its shape and size agreed well with the simulation results,which verifies the validity of the theoretical analysis.     

5A06铝合金扫描激光填丝焊接头变形及应力分析

以30 mm厚5A06铝合金为研究对象,基于SYSWELD有限元分析软件,根据热-弹-塑性理论,建立5A06铝合金扫描激光多层多道焊接接头有限元模型,对其焊接接头的温度场、残余应力及变形进行模拟计算,并进行了试验验证. 模拟结果表明,窄间隙激光填丝焊每个道次的热输入量较小,不会造成热影响区晶粒长大. 焊缝横向残余应力最大值出现在接头靠近下表面的区域,约为130 MPa;靠近上表面处的纵向残余应力最大. 厚度方向上残余应力值较小. 通过与实测值对比,残余应力及变形的模拟值与实测值基本一致,可对接头的残余应力分布及焊后变形进行预测分析.