高阶单元在焊接热弹塑性有限元分析中的应用

为研究高阶单元对热弹塑性有限元分析中变形的影响,建立了不同网格尺寸、单元阶次的三维有限元模型,利用通用有限元软件ABAQUS对CO2气体保护堆焊过程进行热弹塑性有限元分析,比较线性单元和二阶单元在温度和变形的计算精度及时间.结果表明,二阶单元能够更好地反映焊接区域的变形特点,焊接变形的计算结果与试验结果更加接近;单元阶次仅对应力应变场分析有较大影响,对于温度场计算结果影响不大.     

大型复杂结构焊接变形热弹塑性有限元分析

运用通用有限元软件ANSYS,对大型复杂结构采用组合焊道、不同类型单元混合使用的等效简化,建立三维有限元模型.在不影响计算精度的前提下,采取一系列减少计算量,增强收敛的措施,成功地克服了热弹塑性有限元分析计算量大、收敛困难的问题,完成了对大型复杂结构多道焊的热弹塑性有限元分析,预测了结构的焊接变形.结果表明,在结构刚度小的部位,施加合适的支撑,能有效减小结构的焊接变形,为控制焊接变形提供了很好的理论依据.     

焊接顺序对T形接头残余应力和变形的影响

采用有限元热弹塑性分析方法对T形接头不同焊接顺序的残余应力和变形进行模拟.有限元模型中选用三维实体单元,分析了材料物性参数随温度的变化和对流、辐射散热的影响.运用单元生死技术模拟T形接头多道焊接过程,获得了不同焊接顺序T形接头焊接温度场和残余应力、变形场,并对计算结果进行了分析.结果表明,焊接顺序对T形接头的残余应力和...     

EH36钢薄板对接焊接变形数值模拟

基于通用有限元软件Abaqus,采用顺序耦合的热弹塑性有限元法研究了EH36钢薄板焊接变形问题。通过建立三维高阶单元有限元模型和采用混合热源,对EH36钢薄板对接焊过程进行数值模拟,并开展相关焊接试验,实测了薄板的焊接变形。结果表明:数值模拟得到的焊接变形与试验值基本吻合,证明了该数值计算方法的可靠性和高阶单元在热弹塑性有限元分析中的高效性;薄板焊接后发生显著的面外变形,应予以控制。     

单元类型对焊接数值计算精度的影响

焊接数值模拟分析过程中,在保证网格质量的前提下,单元类型及网格类型的选择对计算结果的精确性产生明显影响。以大型有限元分析软件Marc为计算工具,采用四面体网格和六面体网格对平板对接接头进行离散,同时分别采用一阶单元和二阶单元进行分析。结果表明:四种单元类型下的焊接仿真变形趋势与实际焊接变形趋势一致,但是计算结果有较大差异。当焊接方法为MAG焊,网格尺寸为2 mm时,采用六面体8节点单元能较好地模拟焊接结构的变形情况。但是当焊缝位置网格尺寸发生变化时,如何选取单元类型需要进一步的分析。     

GMAW焊接X5CrNi1810不锈钢温度场和焊接变形的有限元预测

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X5CrNi1810不锈钢口字型多焊缝焊接结构GMAW焊接过程进行数值仿真.计算时,考虑材料热物理、力学性能随温度的变化及相变潜热对温度的影响.对仿真结果进行了理论分析,预测了温度场和焊接变形的分布.     

采用热弹塑性有限元方法预测低碳钢钢管焊接变形

用有限元分析软件ABAQUS Code开发了用于模拟焊接温度场、焊接残余应力和焊接变形的热弹塑性有限元计算方法.通过建立三维有限元模型,预测了低碳钢钢管多层焊接时的温度场和焊接变形,并通过试验验证了所提出计算方法的精度和有效性.结果表明,在多层焊接条件下,采用有限元方法计算得到的焊接变形与试验结果十分吻合.     

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.     

基于动态子结构的三维焊接残余应力变形数值模拟

焊接残余应力和变形三维弹塑性有限元模拟由于是高度非线性的热力耦合过程而计算非常耗时.为提高计算效率,采用动态子结构方法来计算焊接残余应力和变形.考虑焊接过程中只有焊缝和热影响区的小部分区域在焊接热源作用下呈现高度非线性,而其余区域受热源的影响小,将整个模型的三维弹塑性计算问题处理为窄小的焊缝和热影响区为局部非线性弹塑性区,其余大部分非焊接区域作弹性子结构的计算问题;且随焊接热源的移动,子结构不断变化.结果表明,动态子结构方法能显著提高计算效率,并能保证焊缝和热影响区的残余应力分布与全模型计算结果接近.     

焊接非线性大梯度应力变形的高效计算技术

焊接应力变形具有高度非线性大梯度特征,其数值计算涉及到材料、几何与组织的非线性问题.基于热弹塑性有限元的焊接应力变形计算能全面反映焊接的温度场、应力变形场及其变化规律,对深入理解焊接过程起着越来越重要的作用.然而焊接热弹塑性有限元的复杂计算过程和高耗时性使得如何进行高效的焊接计算成为备受关注的学科前沿,正在逐步形成具有严格科学性的焊接应力变形高效计算技术.研究了这一领域的研究成果与进展,对焊接应力变形高效计算技术进行了分类,并探讨了其发展趋势.     

GH4169合金连续驱动摩擦焊接过程三维数值模拟

在考虑摩擦面上环向摩擦力对摩擦焊接过程影响的基础上,建立了连续驱动摩擦焊接过程的三维刚塑性热力耦合有限元模型。计算了GH4169合金棒材连续驱动摩擦焊接过程中的瞬态温度场、应力场及变形场,预测了焊件轴向缩短量。采用热电偶测温技术对摩擦焊接头外表面焊接过程的温度变化进行了实时测量,并测量了飞边形状和轴向缩短量。结果表明,摩擦焊接头的温度场、飞边形状和轴向缩短量的计算结果和实验结果吻合较好。模型有助于制定合理的焊接工艺规范。     

T形接头的焊接温度场三维动态有限元模拟

采用有限元分析软件SYSWELD,建立了三维有限元模型,考虑材料物理性能参数随温度变化、对流和辐射散热以及相变潜热等因素的影响,对低碳低合金钢T形接头的焊接温度场三维动态过程进行了计算,获得其温度场的分布规律,考察了不同时刻的温度场云图和不同位置的焊接热循环,研究了换热系数对温度场分布的影响,并对计算结果进行了分析和试...     

八万吨模锻压机主缸焊接应力场有限元分析

针对八万吨模锻压机主缸焊接应力和变形难于精确控制的问题,建立了主缸焊接有限元模型,通过模拟计算和试验验证,得到了主缸焊接温度场、应力场和变形.结果表明,主缸焊接过程中焊缝温度最高,约为2 100℃,接头区域温度梯度最大.主缸焊后最大位移位于主缸顶部,位移量约为7.4 mm,焊缝区位移量较小.在焊接前应考虑对主缸底部和顶部进行约束,防止焊后产生较大变形.主缸焊缝区等效应力最大,约为470 MPa,热影响区应力次之,母材应力最小.在热处理前要注意接头上表面是否存在焊接裂纹等缺陷.以上结果为主缸实际焊接提供了计算数据参考.     

Effect of temperature field on types and distribution of reinforcing phases in "in-situ" weld-alloying/PAW of SiCp/6061 Al

Based on theories of heat transfer, physical metallurgy and hydro-mechanical, in order to analyze the effect of welding parameters on species and distribution of reinforcing phases visually and legibly,finite element software ANSYS was used to simulate transient temperature field for SiCp/Al in " in-situ" weld-alloying/plasma arc welding. The results show that the calculated results approximately agreed with the experimental measured results. So the model is basically correct and credible. Based on the numerical solutions and experimental results, effect of temperature field in different welding process parameters( welding current, welding velocity) on species and distribution of reinforcing phases is analyzed. The results show that adjusting and optimizing temperature field appropriately is an effective method to obtain welded joint with better microstructure and property.     

35Cr2Ni4MoA高强钢摩擦焊接头热力耦合有限元分析

采用热力耦合有限元分析方法,由焊件材料的性能参数及焊接工艺参数建立了二维轴对称粘塑性热力耦合有限元模型,对35Cr2Ni4MoA材料环形工件的连续驱动摩擦焊过程进行了模拟,得到并分析了温度场、应力应变场以及轴向缩短量的变化规律.测量了实际焊件的轴向缩短量和飞边形状,并与计算结果进行了对比,结果表明,利用该模型得到的摩擦焊接头飞边形状和轴向缩短量的计算结果和试验结果吻合较好.建立的有限元模型有助于制定合理的焊接工艺参数.     

Finite element simulation of butt welded 2·25Cr–1·6W steel pipe incorporating bainite phase transformation

Abstract

This article presents a newly developed global optimisation method for the finite element simulation of welding process considering bainite transformation. In this method, the pattern search algorithm was applied to determine kinetic parameters in Johnson–Mehl–Avrami–Kolmogorov (JMAK) equation during a continuous cooling process. Meanwhile, the JMAK equation was modified into an explicit form as a function of welding temperature field to improve calculation efficiency in the optimisation process. This methodology improves the accuracy as calculating the temperature dependent volume fraction of bainite transformation in finite element simulation. The calculated welding residual stresses considering phase transformation effects exhibited better agreement with the measured results than those calculated without phase transformation. The influences of variable cooling rates on welding residual stresses were also investigated.     

电塑性摩擦焊接过程的动态再结晶数值模拟

摩擦焊过程中界面的塑性变形是摩擦焊的核心，中以宇航工程常用的构件材料LY12合金为研究对象，建立了电场条件下棒状试件摩擦焊的热力耦合塑性成形有限元分析模型，获得了焊接过程中焊接界面处材料的温度场、应变场、应力场、电场强度等物理参量场，并应用Yada模型建立了LY12合金摩擦焊接过程显微组织的演化模型，计算了摩擦焊接过程动态再结晶区的分布及再结晶区晶粒的尺寸，并分析研究了上述场变量对电场条件下连续驱动摩擦焊成形工艺及成形件质量的影响。     

The Coupled FEM Analysis of the Transient Temperature Field During Inertia Friction Welding of GH4169 Alloy

The inertia friction welding process is a non-linear process because of the interaction between the temperature field and the material properties as well as the friction force. A thermo-mechanical coupled finite element model is established to simulate the temperature field of this process. The transient temperature distribution during the inertia friction welding process of two similar workpieces of GH4169 alloy is calculated. The region of the circular cross-section of the workpiece is divided into a number of four-nodded isoparametric elements. In this model, the temperature dependent thermal properties, time dependent heat inputs, contact condition of welding interface, and deformation of the flash were considered. At the same time, the convection and radiation heat losses at the surface of the workpieces were also considered. A temperature data acquisition system was developed. The temperature at some position near the welding interface was measured using this system. The calculated temperature agrees well with the experimental data. The deformation of the flash and the factor affecting the temperature distribution at the welding interface are also discussed.     

压缩机不同上法兰结构的三点焊接仿真分析

建立空调压缩机上法兰与壳体的三点焊接过程的有限元模型,并采用ANSYS软件进行计算.首先仿真镂空、非镂空、综合三种结构上法兰的焊接温度分布,然后根据温度结果采用间接耦合法仿真相应的焊接变形,并进行对比分析.通过与实际焊接结果相比较对所建立的模型进行检验.结果表明,镂空结构的上法兰的焊接变形最大,而非镂空结构上法兰在焊接之后的变形低于综合结构.因此,非镂空结构设计有利于降低空调压缩机的焊接变形.