基于八叉树网格的激光焊接温度场数值模拟方法

基于有限差分方法建立了激光焊接温度场数学模型,同时运用八叉树网格技术对温度场控制方程进行离散,开展激光焊接温度场数值模拟,比较了均匀网格和八叉树网格两种网格划分方式作用下的焊接温度场计算精度和速度。结果表明:八叉树网格技术可用于激光焊接温度场数值模拟,模拟结果与实际较吻合;与均匀网格划分方式相比,八叉树网格计算结果文件更小,能够节约计算机存储空间,并且可以保证在获得相同计算精度的同时减少模拟计算量,提高焊接温度场计算速度。     

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.     

连续油管环焊缝温度场模拟

利用有限元软件ANSYS建立了连续油管对接环焊缝的三维焊接温度场的计算机数值分析模型.分析中引入了双椭球热源分布模型,研制了相应的APDL程序,计算出打底焊的温度场曲线.模拟计算结果和试验结果基本吻合,表明该计算方法能准确地计算出焊接温度场.     

Ti合金电子束烛接三维温度场计算

提出了一种可考虑电子束焊接锁孔效应的三维温度场计算方法。在大量计算的基础上,讨论了Ti合金各计算参数的选取对电子束焊接温度场的影响,给出计算参数的选取原则和方法,计算结果表明,电子束焊接三维温度场解析计算不仅可以准确预测焊缝的形状,并且还可对整个三维温度场计算分析,具有重要的工程应用价值。     

焊接过程数值模拟热源模式的比较

焊接热源模式是焊接数值模拟研究的一个重要内容.文中简要介绍了焊接过程数值模拟热源的各种加载模式:高斯分布函数、双椭球分布函数、生死单元方法.针对具体算例,采用3种不同的热源加载模式进行三维焊接温度场的数值计算,并比较不同方法计算焊接温度场结果的差异.结果表明,生死单元方法是一种简单的热源加载模式,其计算效率优于其他2种加载方法.     

用于铝合金焊接数值模拟的高斯热源参数确定

高斯热源模型适用于焊接电弧冲击力较小的温度场数值模拟,如何有效确定高斯热源半径参数对于保证焊接模拟计算精度至关重要。在分析焊接瞬态温度场控制方程及边界条件的基础上,建立了2024铝合金焊接温度场有限元数值分析模型,选用高斯移动热源进行加载,计算与分析了高斯热源电弧有效加热半径对焊接温度场计算结果的影响,与红外线热成像仪实验得到的温度场结果进行对比并修正热源模型参数,确定了2024铝合金在给定焊接参数下的高斯热源有效加热半径值,为进一步准确、有效地研究焊接温度场、应力场分布规律提供参考数据。     

轨道车辆铝合金地板焊接有限元建模及变形计算

基于焊接仿真软件,采用实体-壳混合单元的建模方法对动车组铝合金地板进行有限元建模。为保证仿真计算条件与实际生产相符,定义了工装垫块与地板之间的接触关系,并按照生产中的焊接顺序加载焊接热源进行计算,得到地板焊接温度场及焊后变形云图,与实际生产结果相吻合。本研究适用于复杂大型焊接结构的网格建模及焊接温度场、焊后变形的计算。     

等离子弧-MIG焊双电弧作用下的焊接熔池形态分析

针对等离子弧-MIG焊焊接过程中双电弧共同作用的情况，利用有限元分析软件计算了铝合金焊接熔池的形状和温度场形态，并利用实测的熔池形状和尺寸对计算结果进行了修正和标定，为实际焊接生产提供了依据。     

焊接过程热传导系数反演法

由传热学基本方程，推导出了由温度场全场信息反演热传导系数的数学模型。证明了焊接过程热传导系数反演法的可行性。结合红外热象法与热电偶测量了LY2铝合金固定TIG点焊过程的焊接温度场。参照温度场全场信息，通过计算分别获得了加热和冷却过程热传导系数随温度变化曲线。结果表明，焊接过程中温度变化方向对热传导系数的影响是显著的，即出现“滞后”现象。此方法可为准确模拟焊接温度场、应力应变场奠定基础。     

2219铝合金中厚板爬坡TIG焊熔池温度场三维数值模拟

为了研究2219铝合金中厚板爬坡TIG焊熔池热场特征,建立了中厚板TIG焊温度场模型,进行爬坡TIG焊熔池温度场三维数值模拟,以及不同焊接工艺参数对温度场的影响数值分析,同时通过焊缝形状尺寸的测定以及热电偶测温,对模型及温度场数值模拟结果进行验证。结果表明,受熔池重力影响,厚板爬坡姿态下熔池热场长度要大于平焊姿态;爬坡TIG焊温度场受焊接电流、焊接速度影响明显,焊接电流增加或者焊接速度降低,均会导致温度场最高温度上升,熔池宽度和长度增加;测量的实际焊缝尺寸与熔池温度场数据和数值计算结果相符度高,建立的模型及爬坡焊温度场三维数值计算准确。     

激光-等离子弧复合焊温度场的数值模拟

利用峰值热流随深度衰减的高斯体热源与高斯面热源相结合的方法,建立了激光等离子弧复合焊三维运动热源模型,重点考虑了由热源间距引起的激光束与等离子弧之间相互作用对热源模型的影响.基于所建立的热源模型对2 mm厚1420铝锂合金板的激光等离子弧复合焊接温度场进行了有限元分析,得到了不同热源间距条件下焊接区域的温度场分布.结果表明,仿真结果与试验结果相符合,证明了该热源模型是反映了客观实际的.此工作对于激光电弧复合焊接传热及工艺研究具有指导意义.     

焊接参数对异种钢接头热应力影响的数值模拟

利用有限元分析软件ANSYS，对电站锅炉内使用的珠光体耐热钢G102和奥氏体不锈钢SUS304的异种钢接头的焊接温度场和残余应力场进行了数值模拟，并采用不同焊接参数及其焊后去应力热处理进行了对比性分析计算。在双道焊的数值模拟过程中，采用生死单元法，逐道激活焊缝参与计算。结果证明：双道脉冲焊时接头热影响区较窄，应力峰值较低。结果还表明焊后热处理能有效改善接头残余应力的分布状况。     

Cu-Al异种金属超声焊接过程模拟

利用有限元方法建立了Cu-Al超声焊三维热—力耦合模型. 热源包括摩擦热和塑性变形热,其热流密度与焊接不同阶段材料的振幅相关. 焊接过程超声变软影响温度场分布、应力、应变场和齿的嵌入,模拟合理考虑了铜、铝超声变软的数学模型. 模拟结果表明,铜和铝的块体温度均低于熔点,最高温度出现在焊头与铜板的接触面中心;Cu-Al连接界面最高温度出现在焊接区域中心处. 同时也模拟了齿的嵌入,焊接过程中焊头齿完全嵌入铜表面,但底座齿并未完全嵌入铝中. 与热电偶测温和焊接截面形貌对比验证表明,模拟结果与实际基本吻合,较好地模拟了超声变软、热和力三者之间的作用.     

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.     

Finite Element Simulation for Welding Residual Stress and Creep Damage of Welded Joint

基于大型有限元软件Abaqus及其用户子程序(Umat)功能, 开发了焊接残余应力与蠕变损伤耦合计算程序, 对高温用焊接接头残余应力作用下的蠕变损伤行为进行有限元模拟, 并与无焊接残余应力状态下的蠕变损伤情况 进行比较. 研究结果表明, 在炉管焊接状态下, 焊接残余应力最大值集中在焊缝和热影响区处, 并且轴向与环向 残余应力较高. 在高温环境下, 焊接接头初始态焊接残余应力较高, 虽然在短时间内应力松弛到较低的水平, 但 其蠕变损伤仍较大程度地受焊接残余应力的影响, 蠕变损伤分布与焊接残余应力的分布基本一致.     

基于有限元的三向角焊缝残余应力分析

对大型金属结构中常见的三向正交角焊缝的焊接过程进行了有限元模拟。选用四种不同的焊接顺序，对焊接过程中的温度场分布情况进行了分析，并对各焊接工序下的焊接残余应力进行了计算，讨论了边界约束和焊缝对焊接残余应力的影响。     

高灯杆热浸镀温度场的有限元分析

通过试验测定了高灯杆浸镀锌液的表面换热系数 ,分析了焊缝区温度场的分布 ,采用三维有限元模型定量研究了热浸镀时浸入起始端、浸入角度、速度、深度和换热系数波动等工艺条件对灯杆座焊缝区域周向温差和表里温差的影响。计算结果显示不同的浸入起始端对温差没有明显影响。降低浸镀锌液的换热系数 ,采用小角度快速浸入可以降低焊缝区域温差。为了降低焊缝区域的温差 ,建议热浸镀时由底板端快速浸至焊缝上方 30mm以上。     

焊接工艺参数对温度场的影响研究

着重针对焊接电流、焊接速度、焊缝间隙以及焊枪偏离焊缝中心的偏心值4个焊接工艺参数进行了TIG焊接试验研究。采用正交设计方案并利用红外测温仪测量和记录焊件正面上设定点的热循环曲线，将之与三雏焊接温度场的有限元数值解进行比较，两者基本吻合，表明了数值计算模型的有效性。以某点热循环中的峰值温度作为温度场代表，结合正交试验理论，分析上述4个工艺参数对于温度场的影响次序，表明偏心值对焊接温度场的影响最大。     

高速列车框架焊接的双椭圆柱高斯分布热源模型

根据高速列车车体结构焊接工艺特点,分析并改进常用高斯热源,提出适用于铝合金惰性气体保护焊接（MIG）的双椭圆柱-高斯分布热源模型.该热源模型基于焊接速度移动,形成的熔池表面为双椭圆形状,热流密度沿厚度方向均匀分布,在径向呈高斯-双椭圆分布.基于热源模型的数学表达,以有限元方法实现了热机耦合的焊接过程仿真,与薄板试验结果比较,温度场分布与降低趋势较好地吻合;拉应力峰值出现在熔合线和热影响区,仿真值、试验值分别为88.8,85 MPa.结果表明,该热源模型有效地模拟焊接温度场时域上的变化过程,准确地预测结构变形、残余应力分布规律,应用于高速列车头车框架结构焊接工艺优化及残余应力评估,为高速列车焊接质量控制及焊接工艺参数选择提供理论指导.