X80钢双丝螺旋焊焊接残余应力的有限元分析

基于ABAQUS有限元分析软件对三维螺旋管模型进行了残余应力的模拟。运用FORTRAN语言编写DFLUX子程序控制热源的移动路径、速度以及幅值,得到了焊接过程中的温度场及残余应力场,且焊接残余应力场的分布趋势得到了试验验证。结果表明,随着热源的移动,温度场和应力场呈现出关于焊缝对称的不均匀分布;应力值在熔合区表现出最大拉应力。同时,探讨了热振幅曲线法对焊接残余应力模拟结果的准确性。通过与子程序法对比,发现热振幅曲线法可以较为准确地预测焊接残余应力的分布,为大型复杂结构焊接残余应力的模拟提供了一种高效的方法。     

以ABAQUS为平台的激光冲击数值仿真

建立模拟激光冲击残余应力场的非线性弹塑性有限元模型.采用ABAQUS仿真软件实现激光冲击残余应力场仿真,根据显式分析得到材料内部应力,验证显式分析过程的正确性.分析单次和多次冲击下材料内部的残余应力场分布,分析结果与试验结果比较吻合.     

振动时效和超声冲击在消除装载机前车架焊接残余应力中的应用

采用振动时效+超声冲击的处理工艺对装载机前车架的关键焊缝进行了消除焊接残余应力试验,得出经振动时效处理以后,焊缝处的残余应力可以降低30%~50%,而经超声冲击处理以后,焊缝中的残余应力可以100%消除,同时植入对疲劳有益的压应力,并且可以将焊趾与母材的过渡区域变得平滑,减小焊趾处的应力集中水平。在实际时,可以采用振动时效+超声波冲击的复合工艺来消除前车架中的焊接残余应力,即先用振动时效对前车架整体进行处理,整体消除焊接残余应力,然后再利用超声波冲击针对关键焊缝进行消应力处理。     

铝合金薄板焊后碾压控制焊接应力变形的数值模拟

采用三维弹塑性有限元法对铝合金薄板的焊后冷碾压过程进行数值模拟,研究焊后冷碾压工艺对铝合金薄板焊接残余应力重新分布的影响以及矫正焊接变形的效果。通过建立两种不同的碾压计算模型发现,在碾压计算过程中只有考虑焊接残余应力场的影响,才能得到与试验测量结果相一致的碾压后残余应力分布。研究结果可用于实际碾压工艺的优化。     

组合圆管激光束钎焊过程的数值模拟

组合圆管外层为铍管，内层为钨管．二者通过过盈配合形成。采用MARC软件对组合圆管激光束钎焊过程进行了数值模拟，得到组合圆管钎焊过程的应力场及焊接后的残余应力分布，进一步研究了过盈量对组合圆管焊接残余应力分布的影响，并采用X射线法对组合圆管外表面的焊接残余应力分布进行测试。焊接残余应力有限元计算值与实测值的变化趋势基本一致，验证了有限元模型。     

对超声波冲击技术改善焊接接头疲劳性能的探究

超声波冲击技术是一种改善焊接接头残余应力的新方法,可以将焊缝及其焊趾区的残余拉应力转变为有利于提高疲劳性能的残余压应力,改善焊接接头的应力场分布,从而有效改善焊接接头的疲劳性能。     

P92钢管道焊接残余应力场研究

采用红外热成像仪测试了P92钢管道焊接温度场,并采用X射线衍射方法对P92管道焊接接头热处理前后的残余应力分布进行了测试.采用有限元方法对P92钢焊接温度场进行了计算和分析,并采用间接法用温度场结果计算残余应力场.分析比较了焊后热处理前后的焊接残余应力变化情况,证明焊后热处理对焊接残余应力具有一定的消除作用.     

镁/钛异种金属冷金属过渡焊接头应力场的有限元模拟

利用ABAQUS有限元软件建立了镁/钛异种金属冷金属过渡焊接头的有限元模型,对焊接过程中接头的应力场进行了有限元模拟,分析了不同的焊接参数和约束条件下应力场的变化规律,并对模拟结果进行了试验验证。结果表明:随着焊接过程的进行,焊缝处的横向应力和纵向应力均由压应力向拉应力转变;在焊接接头完全冷却后,镁侧的最大横向残余拉应力值为88MPa,钛侧的为192MPa;在焊接接头完全冷却后,焊缝两侧的纵向残余拉应力峰值基本相等,大约为220MPa,钛侧的纵向残余压应力值较大,最大值为265 MPa;采用耦合约束后,模拟得到的残余应力值与试验测试结果更接近。     

残余应力场对民机焊接壁板裂纹扩展速率影响的研究

为了降低大型民机焊接壁板结构疲劳裂纹扩展试验成本,缩短焊接工艺在新型飞机壁板结构上应用的研究周期,利用Abaqus有限元软件,采用预定义温度场法模拟焊接残余应力场,通过有限元模拟得到裂尖应力强度因子值,结合大型焊接壁板结构特点,利用蒙皮材料参数,采用Pairs公式,预测焊接壁板的裂纹扩展速率,并基于该模型研究不同应力比与焊接工艺下试样的疲劳裂纹扩展速率。研究发现,残余应力使有效应力比Reff增加,但随着应力比的增加,影响逐渐降低;有效应力比的变化趋势与残余应力分布趋势相同。焊接残余应力提高了焊接构件的裂纹扩展速率。通过与试验结果进行对比,验证了文中所使用方法的可行性。     

焊接热效应对刮板输送机链传动系统固有频率影响分析

考虑圆环链焊接热效应对刮板输送机链传动系统固有频率的影响,基于Ansys有限元软件对圆环链焊接过程及其热处理进行了仿真分析,得到两种条件下的残余应力分布。同时求解出了两种情况下链条刚度值并与试验值进行了对比。采用Matlab软件对空载工况、满载工况下刮板输送机系统固有频率进行求解,得到系统前八阶固有频率值及特征值。研究结果表明:焊接热效应对系统固有频率及特征值产生较大影响,且满载工况下系统固有频率值及特征值小于空载工况下系统固有频率值及特征值。     

残余应力对构件固有频率影响的讨论

以轴焊缝存在残余应力的矩形板为例，建立其残余应力的数学模型。推出存在残余应力时四边简支矩形薄板的固有频率计算公式。从理论和实验的讨论中得出，残余应力越大，固有频率变化越大；频率阶数越高，受残余尖力影响越大等结论。     

基于轮廓法测试焊接件内部残余应力

采用轮廓法测试低碳钢堆焊件和T形焊接结构的内部纵向残余应力。将焊接件沿垂直焊缝平面切割开,精确测试切割面的变形轮廓,然后将测试轮廓进行拟合,并将拟合结果作为有限元模型的边界条件进行弹性计算从而获得内部垂直切割平面的应力分布。比较不同曲面拟合方法拟合得到的切割面轮廓形貌;将轮廓法测试的焊接残余应力结果和热弹塑性三维有限元计算结果进行比较分析。研究结果表明:轮廓法能准确高效测试较厚焊接件内部整个截面上的纵向应力分布;由于线切割和轮廓测量误差造成轮廓法测得的应力在约2 mm厚表层区域的幅值和有限元计算结果相比误差较大,但轮廓法测试结果仍能反映出表层应力的分布趋势和特征;线切割断丝造成切割面的局部轮廓误差,会引起断丝区域测试应力出现突变。     

应用HyperWorks的高速旋转支撑架模态及应力分析

基于HyperWorks平台对已建立的某新型位标器的高速旋转支撑架模型进行了模态与应力分析,通过模态分析得到该高速旋转结构的固有频率与临界转速,确保该旋转支撑架的转速远离其临界转速,避免共振的产生;通过对高速旋转状态下支撑架结构的应力分析,得到其变形及应力分布情况,从而有效地预测机械结构疲劳破坏,同时为进一步优化该结构提供了设计依据。     

Investigations on welding residual stress and distortion in a cylinder assembly by means of a 3D finite element method and experiments

In the present work, both experimental and numerical simulation methods are used to investigate the characteristics of welding distortion and residual stress distribution. A 3D thermo-mechanical Finite Element Analysis (FEA) method is used to predict the welding distortion and residual stress of cylinder-shaped multi-pass layer weldments. Each weld pass is performed using a quarter-circle balanced welding procedure. To investigate the influence of deposition sequence and welding heat input on the welding distortion and residual stress, a continuous welding procedure is also calculated. The corresponding FEA models considered a moving heat source, the deposition sequence, and temperature-dependent thermal and mechanical properties. The results predicted by 3D FEA model are generally in good agreement with the measurements. Finally, the numerical and experimental results suggest that both deposition sequence and heat input affect welding distortion and residual stress distribution. Furthermore, the 3D thermal-mechanical FEA method can predict cylinder-type welding distortion.     

马鞍形焊缝焊接运动轨迹的自动控制

针对两相交管材所形成的马鞍形焊缝的特点,设计用于相交管材相贯线焊缝自动焊接的控制系统,并给出该系统的机械传动机构的工作原理、电气结构和软件实现方法.实验证明:该自动焊接系统在钢制散热器管道焊接过程中取得了良好的效果,是一种低成本马鞍形焊缝专用焊接设备,并且通过改变焊缝曲线数学模型,可用于其他形状管道接缝的焊接.     

频谱谐波时效在旋挖钻机桅杆上的应用研究

振动时效消除残余应力是采用机械方法调整残余应力的一种工艺,其中频谱谐波振动时效技术通过对工件进行频谱分析,优选出对消除工件残余应力效果最佳的5种不同振型的谐波频率进行时效处理,达到多维消除残余应力和提高尺寸精度稳定性的目的。本文应用频谱谐波技术对旋挖钻机的桅杆进行了振动时效处理,并采用盲孔应力释放法测试了工件振动时效前后的残余应力。结果表明,频谱谐波振动时效技术能够有效降低并均化桅杆的残余应力,可广泛用于大型焊接构件的消除残余应力处理。     

随焊氩气激冷控制铝/钢薄板残余应力与变形研究

针对铝/钢异种金属薄板焊接时容易产生残余应力与变形问题,提出采用随焊冷却氩气激冷对其进行控制。建立随焊氩气冷却激冷铝/钢异种金属熔钎焊的数值分析模型,研究不同冷却距离对残余应力和变形的控制效果,探究随焊激冷技术控制焊接变形与残余应力机理;同时,进行随焊激冷铝/钢异种金属熔钎焊试验,对焊接温度场、残余应力与变形进行测量,验证模型的准确性。结果表明,采用最优冷却距离(d=10mm),进行随焊冷却氩气激冷焊接试验时,纵向残余拉应力峰值和残余压应力峰值分别减小42.1%和74.4%,横向残余拉应力峰值和残余压应力峰值分别降低11.3%和14.4%,铝板和钢板外边缘焊接变形量分别减小67.9%和69.5%。随焊冷却氩气激冷技术可有效控制铝/钢薄板焊接时产生的残余应力与变形。     

钛合金大厚度试件电子束焊接残余应力有限元分析

基于热弹塑性有限元理论,建立了钛合金大厚度试件电子束移动热源的焊接残余应力三维数值分析模型,分析研究了厚度为75 mm的TC4电子束焊接试件残余应力分布规律。计算结果表明,大厚度电子束焊接试件在焊缝及其附近宽度约40 mm的范围内存在极其复杂残余应力,试件表面的焊缝及其附近20 mm左右的区域存在着对结构强度有利的横向残余压应力,但试件内部残余应力水平要高于表面的残余应力,尤其是在距起始和收尾端10mm及约1/4厚度处的区域,存在着三向的残余拉应力,且数值较高,对钛合金平板电子束焊接接头力学性能将具有重要影响,应引起足够的重视。钛合金平板电子束焊接残余应力的计算结果与实测结果基本一致。     

焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响

为了得到T形接头焊接顺序的优化方案,在确定合理的焊接热源形式以及建立有限元模型的基础上,利用单元死活技术从多道焊、分段焊与多层焊的角度对焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响进行数值分析.对于多道焊来说,焊接残余拉应力出现在焊缝及其附近区域,且峰值出现在焊缝区域;相邻焊道之间采用首尾相接的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的.对于分段焊来说,采用先焊两端后焊中间的方法不仅可以增加整个焊缝的焊接残余低应力区域;而且可以有效地降低先焊区域的焊接残余应力,降低效果与后焊焊段的焊接方向以及先焊焊段上的点到后焊焊段端部的距离有关.在多层焊的过程中,采用对称施焊的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的.     

焊接顺序对横向止挡焊接残余应力及变形的影响

采用数值模拟及试验手段相结合的方式研究焊接顺序对横向焊接止挡焊接残余应力及焊接变形情况的影响。基于Sysweld软件平台,对横向止挡焊接温度场及应力应变情况进行计算,并设置两种定位焊顺序及两种组焊顺序,通过排列组合方式得出四种焊接方案。通过数值模拟及试验对比发现,对于应力情况,定位焊接顺序对焊接残余应力的分布影响很小,而组焊接的焊接顺序对横向止挡最大残余应力的影响起主要作用。从变形情况来看,横向止挡X、Z方向的变形量最大,变形量1.2 mm左右,横向止挡Y方向的变形最小,变形量0.5 mm左右。采用方案四的焊接方法能够有效控制焊接残余应力及焊接变形。