波形钢腹板梁T形接头焊接仿真分析与试验研究

为了解决波形钢腹板梁焊接温度场和残余应力分布尚不明确的问题,本文基于Simufact Welding软件建立三维有限元模型,对其T形接头的焊接温度场和残余应力进行了预测,并对模拟结果进行了试验验证。波形钢腹板梁的焊接温度场分布与熔池中心距离有关,距离熔池中心越近,温度梯度越大;焊接残余应力以纵向残余拉应力为主,而横向残余应力的应力水平相对较低,拉压应力共存;焊接速度和底板厚度的改变只会影响残余应力的峰值大小,不会影响残余应力的分布规律。结果表明：数值模拟结果和试验实测值吻合良好,数值模拟可靠。     

利用不同焊接热源模型对结构件进行焊接模拟

基于ANSYS,分别使用高斯热源模型和分段热源模型对金属结构件的焊接过程进行了有限元模拟,使用单元生死技术模拟焊接材料的生成,并考虑了相变潜热对温度场的影响.本文先计算温度场,然后把温度场作为载荷来计算结构场,得到残余变形和应力的分布,从而实现焊接过程的温度场、残余应力和残余变形的三维动态模拟.结果表明:利用分段热源模型能够在保证计算精度的前提下,大大提高计算效率,明显缩短计算时间.     

油浆蒸汽发生器管板与换热管焊缝处焊接残余应力模拟

基于ANSYS平台,对油浆蒸汽发生器管头处焊接工艺进行温度场的数值模拟,得到焊缝附近温度场的分布情况;将温度场的结果逐步加载到焊缝上,得到管头处焊接残余应力的分布情况。模拟结果对焊接件内部残余应力的检测能起很好的辅助作用,不仅能大大节省焊接残余应力的检测时间,而且对焊接工艺的优化有较好的参考价值。     

螺旋焊与对接焊的有限元模拟

采用有限元软件ANSYS中生死单元技术对螺旋焊和对接焊焊接过程进行数值模拟,得出两种焊缝焊接残余应力、退火应力、退火温度场的分布规律及大小,为该类焊接工艺的改进及焊接结构的变形控制提供有益的帮助.     

不锈钢汽车排气管激光焊接残余应力

为了提高不锈钢管的冷加工成形性能,进一步优化相应焊接工艺,在对汽车排气管激光焊接温度场进行数值模拟研究的基础上,分析激光焊接汽车排气管残余应力.在考虑网格的疏密过渡以及材料力学性能参数随温度的变化条件下,分析激光焊接不锈钢管残余应力演变过程及分布特点,即滚轮挤压量越小,平均残余应力越小,但容易出现咬边和未焊透,在局部产生应力集中,更容易在焊接管冷加工时出现开裂;激光焊接线能量减小,轴向残余应力区域变窄,峰值应力增加.将激光焊接残余应力与钨极氩弧焊(TIG)+激光焊的残余应力进行对比实验,结果表明,不锈钢管TIG+激光焊残余应力与激光焊接具有相似的分布,分布区域相对变宽,焊轴向残余应力比激光焊接小,提高了焊接管冷加工成型性能.     

对接焊缝数值模拟方法研究

为了准确模拟对接焊缝的温度场,在分析前人关于双椭球热源模型参数选取方法的基础上结合相关的计算经验提出了比较完善的双椭球热源模型参数选取方法,运用前人的试验数据对其准确性进行了验证;然后对考虑和不考虑焊接过程材料添加的两种模拟方法进行了仿真分析与对比,发现考虑材料添加比不考虑材料添加的算法更合理,其所得熔池形态、温度场及应力场与实际情况更吻合;最后应用数值模拟方法分别模拟了匀速焊接和变速焊接,发现采用变速焊接方法调整起弧阶段的焊接速度,可以避免匀速焊接起弧阶段存在的未焊透焊接缺陷.     

特厚钢板V型坡口单面焊接热循环测定实验

焊接温度场是一个温度变化率很大的动态温度场,使用热电偶测定温度场是测定焊接温度场的重要手段.采用的测定系统是由K型热电偶和无纸记录仪组成,用来测定60 mm厚特厚钢板V型坡口单面自动焊的焊接热循环实验,得到了17道次焊接的实时温度数据.通过对热循曲线的研究分析,得到改善工艺手段、预测热影响区组织变化以及焊接应力分布的信息.     

考虑残余应力的焊接节点疲劳寿命有限元分析

为研究残余应力对焊接结构疲劳性能的影响,基于热力耦合计算方法建立了热弹塑性有限元模型,模拟T型节点焊接全过程及焊后热处理的温度场与应力场。基于扩展有限元法建立T型焊接节点断裂力学数值模型,将焊接应力场作为初始条件引入模型并分析其对疲劳裂纹动态扩展行为的影响。结果表明,未考虑残余应力时,焊接节点疲劳裂纹向焊缝两端均匀发展,裂纹扩展形式与试验结果不符;焊后热处理可以显著降低焊接产生的高拉伸应力和压缩应力,但对疲劳寿命的增幅较小,仅为6.1%;考虑残余应力后疲劳裂纹扩展路径与试验更为接近,焊接结构有限元模拟应考虑焊接残余应力对疲劳裂纹扩展路径的影响。     

结构钢焊接残余应力三维有限元分析

对结构钢板对接焊接及腹板与翼缘角焊缝连接的工字型截面梁进行三维有限元模拟,分析了焊接温度场、残余应力分布及残余变形。有限元计算结果与试验结果比较吻合,证实了计算模型的有效性。计算结果表明:焊接热影响区存在较大的三向残余应力,且纵向残余应力大于横向残余应力,对结构局部受力将产生较大影响,但由于焊接残余应力是自平衡的,故焊接残余应力的存在对钢材宏观受力影响不大。     

螺旋焊与对接焊的有限元模拟

采用有限元软件ANSYS中生死单元技术对螺旋焊和对接焊焊接过程进行数值模拟,得出两种焊缝焊接残余应力、退火应力、退火温度场的分布规律及大小,为该类焊接工艺的改进及焊接结构的变形控制提供有益的帮助．     

基于ANSYS的异种材料堆焊温度场动态模拟

针对大多数堆焊温度场的数值模拟都是应用于同种材料的现状,对异种材料的堆焊温度场进行了研究.建立适当的有限元模型,对异种材料堆焊过程中温度场的瞬态变化进行了动态模拟.利用三维有限元网格划分技术,对工件进行网格划分,并采用网格自适应技术对焊缝金属的网格进行自动加密与生成,为缩短焊接过程数值模拟创造了条件.在此基础上,利用ANSYS软件的APDL语言编写程序,实现施加移动焊接热源,得到了异种材料温度场的分布规律.计算结果与焊接温度测试结果很接近,表明该计算方法能够准确地计算焊接温度场,是一种实用的工程计算方法.     

SS400钢焊接温度场数值模拟与试验验证

为得到SS400超细晶钢焊接温度场分布规律,用ANSYS软件,对SS400钢焊接温度场进行模拟计算,利用体生热率及生死单元技术来实现热源移动和焊缝的生成,得到一定焊接工艺下的焊接温度场分布规律。为验证模拟计算结果的准确性,进行了8 mm厚SS400钢平板对接焊试验,对焊接温度场进行了测定。对比结果发现,模拟计算的温度场与试验温度场变化规律基本相同。用ANSYS分析焊缝及热影响区的热循环曲线是可行的。     

20钢管道对接埋弧自动焊接温度场模拟

管道焊接过程中,温度场的分布对焊接的质量有重要影响.本文采用有限元法,建立了20钢管道对接焊接接头有限元计算模型,通过设置一定的焊接电压、焊接速度以及热源有效利用率,对在不同焊接电流输入条件下的三维瞬态温度场进行了模拟.计算得到了焊接熔池不同位置的热循环曲线,同时还得到了热影响区的热循环曲线.通过改变焊接电流调试能量输入,最终获得最佳焊接电流选取范围为720~800A,对焊接工艺参数的选取起到导向作用.     

焊接过程有限元模拟及实时监测评估

随着焊接理论研究以及计算机有限元模拟分析的快速发展,运用数值模拟计算和预测焊接残余应力的形成和分布已经可以获得比较理想的结果,但是由于焊接过程本身的复杂性和数值模拟的局限性,有限元模拟计算和实际测量的结果有时总是出入很大,因此焊接残余应力的实测仍然是有必要的.通过焊接过程的实时监测,对比焊接过程的有限元模拟结果,总结两者数值差异的原因,说明焊接过程的实际监测相较于有限元模拟的优越性,该实时监测技术可应用于结构健康监测系统.     

X5CrNi1810不锈钢焊接应力应变场的数值模拟

采用有限元软件SYSWELD对X5CrNi1810不锈钢平板TIG焊的应力应变场进行三维动态模拟,同时应用SYSWELD软件的校核工具对双椭球热源进行校核,得出了等效应力分布图和焊缝中心线上纵向残余应力分布曲线及不同时刻焊接变形云图．与文献资料比较表明,所建立的三维模型可以动态地模拟焊接过程,对实际生产有一定的指导意义以及最终改善X5CrNi1810不锈钢的焊接性提供参考依据．     

Monel-400合金板焊接温度场有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件,根据钨极氩弧焊焊接特点,建立了高斯衰减热源模型,并在一定厚度、一定焊接工艺条件下对Monel-400合金板焊接温度场进行了模拟计算。模拟结果分析得到：利用高斯旋转热源在焊接过程中形成了长度为12 mm,宽度为7 mm,深度为5 mm的熔池。熔池上表面与下表面温度相差约620℃,热影响区节点温度随到焊缝中心距离的增加而不断减小。模拟结果表明改进后的热源模型与实际焊接较为吻合,有利于提高焊接温度场的模拟计算精度。     

钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术

为了探究控制钢结构焊接过程变形策略,通过钢板对接方法研究了焊接残余应力及焊接变形.以两块同料、同尺寸钢板对接解析焊接工艺过程,设定常态焊接工艺参数,在焊接钢板上进行焊接横向及纵向残余应力计算,并在焊接过程构建温度场,建立有限元模型,绘制其温度曲线图,探究残余应力变化趋势及分布情况.结果表明,对接焊接钢结构焊缝附近部分残余应力较大,结构残余应力在初始加热时期会呈现较快下降趋势,后逐渐趋于平缓,钢板对接焊接变形主要原因是纵向残余应力过大,可通过平行加热处理降低纵向残余应力的影响.     

考虑焊接残余应力的钢桥面板U肋焊接处局部应力分析

为研究正交异性钢桥面板的顶板与U肋焊缝连接处残余应力及与外荷载组合作用下的局部受力特征,针对宽体钢箱梁工程实例,基于热弹塑性有限元法对该焊缝的施焊过程进行了数值模拟,分析了焊接过程中温度场和应力场的变化；以初应力的方法实现了焊接残余应力与外荷载作用的组合。研究结果表明：面板下缘垂直于焊缝方向的残余拉应力峰值接近材料的屈服强度,远离焊缝的区域应力急剧减小,焊趾处的横向残余应力要明显大于焊根处；由面板上缘至下缘,纵向残余应力由压应力变为拉应力,横向残余应力呈现出“拉应力-压应力-拉应力”的交替变化趋势；以初应力的方式考虑残余应力,稳定应力场的相对误差可控制在5.0%以内；自重与二期恒载对焊缝区局部应力场的分布特征和焊根及焊趾处的应力极值的影响不大(1.7%以内)；外荷载中考虑局部对称轮载作用且未考虑焊接残余应力在外荷载作用下的消散情况时,焊根及焊趾处垂直于焊缝的横向应力极大值最大分别可增大10.7%、17.6%；焊接残余应力及与外荷载组合作用下,焊趾及焊根位置处沿面板厚度应力的分布符合“直线+抛物线”的规律。     

基于ANSYS软件焊接温度场应力场模拟研究

阐述了如何运用有限元软件ANSYS对焊接温度场、应力场进行数值模拟计算,指出在计算过程中要注意的环节,并对平板堆焊问题进行实例计算.总结出模拟计算中的难点问题和未来的研究发展方向.