基于阶梯模型的摆动焊接温度场数值模拟

根据摆动焊接速度和方向的变化规律,建立了电弧摆动焊接适用范围更加广泛的阶梯模型,以Q345平板对接接头为研究对象,利用焊接模拟软件SYSWELD对摆动焊接过程的温度场进行数值模拟,获得了焊缝区瞬态温度场以及各节点的焊接热循环曲线.结果表明,电弧摆动阶梯模型的瞬态温度场形状与带状热源模型不同,当热源由中间向两边摆动时,阶梯模型的熔池呈头小尾大的椭圆形;电弧摆动阶梯模型的焊接热循环曲线也与带状热源模型不同,阶梯模型的焊接热循环曲线在加热和冷却过程中都会出现一个小波峰,表明焊缝在加热和冷却过程受到电弧摆动的影响.     

接触模型对搅拌摩擦焊接数值模拟的影响

在完全热力耦合搅拌摩擦焊接数值模型中采用两种接触模型--经典的Coulomb接触模型和修正的Coulomb接触模型,模拟了搅拌摩擦焊接过程,以分析不同接触模型对搅拌摩擦焊接过程数值模拟的影响.结果表明,对于低转速的搅拌摩擦焊接,两种模型的预测结果区别不大;但是对于高转速,由于界面摩擦剪切应力没有上限,采用经典的Coulomb接触模型无法模拟,需采用修正的Coulomb接触模型.搅拌头转速的增加不会改变搅拌摩擦焊接技术固态连接的本质.当采用高转速时,焊接构件上、下表面的变形趋于均匀.有利于得到均匀的显微结构.     

不锈钢焊接温度场的三维数值模拟

分别详细分析了焊接热源的三种计算模型即高斯热源模型、双椭圆高斯热源模型及双椭球热源模型的数学表达式与物理特点。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时间创造了条件。在此基础上又对其中两种焊接热源模型所建立的温度场进行了计算，得到了不锈钢SUS310材料温度场的分布规律，研究了各种参数对温度场分布的影响，并与工艺试验结果进行了比较，提出了适合三维有限元分析的最佳焊接热源模型。     

高能束焊接数值模拟可变新型热源模型的建立

基于电子束等高能束焊接熔池非旋转对称性以及深宽比较大的钉头焊缝特征,为更好地模拟焊缝形状,提高焊接模拟计算精度,建立了一带拐点的形状可变的双椭圆衰减体热源模型;新型热源模型形状的可转化性使其具有了可同时用于高能束焊接和一般焊接的通用性;模型建立过程中,对其前后能量的分布给出了明确的函数表达式,利用有限元分析软件对比分析了新型热源模型和其它几种热源模型的温度场的模拟结果,验证了其熔池形态的合理性及该热源的可扩展性.     

不锈钢焊接凝固裂纹应力应变场数值模拟模型的建立

依据焊接过程的特点,本文把焊接构件分成熔池液相区,固液共存区和固相区三个区域,为了建立焊接凝固裂纹驱动力数值模拟模型,本文详细分析了这三个区域的力学行为,在实测了液态金属的凝固速率和固液态金属的加载卸载响应曲线的基础上着重研究了熔池的变形、固液共存区金属的流变性能和凝固收缩对熔池尾部应力,应变演变过程的影响。最后,采用单元死活的方法解决了熔池的变形问题,采用热、弹、塑性力学方法处理了固相区的应力,     

计算机和数值模拟技术在焊接中的应用

介绍国内外计算机在焊接工程中应用的发展,以及近年来在焊接数值模拟模拟领域的研究成果及其在工程中的应用实例。     

激光焊接温度场数值模拟

深入分析了激光焊接小孔传热模型的特点，在此基础上选取合适的热源形式，研究了移动线热源和高斯分布热源作用下，准稳态与瞬态激光焊接温度场。利用MAT—LAB软件及ANSYS有限元分析程序对激光焊接温度场地分别进行了计算及模拟，并且将两种分析结果进行了比较。最后还将有限元的模拟值与实测值进行了对比分析，进一步验证了小孔模型与高斯热源在激光焊接温度场模拟中的适用性。     

焊接数值模拟技术发展现状

焊接是一复杂的物理化学过程，借助计算机技术，对焊接现象进行数值模拟，是国内外焊接工作者的热闹研究课题，并得到了越来越广泛的应用，概括介绍了数值模拟技术的概念及分析方法和焊接数值模拟的主要内容及意义，综述了国内外焊接数值模拟在热过程分析，冶金分析，应力应变分析，构件使用性能分析，氢扩散分析，特种焊接过程分析方面的研究现状及发展趋势，对我国焊接数值模拟技术的发展提出了建议。     

混流式水轮机转轮简化模型焊接应力场的数值模拟

在确定混流式水轮机转轮简化模型、解决分段焊焊接热源加载问题及解决各独立实体间接触边界节点不重合的热传导问题的基础上，对转轮模型焊接过程的应力场进行了数值模拟。得到了焊接过程中纵向应力的演变规律与焊后应力场的分布情况。结果表明，焊后应力的峰值出现在叶片与上冠或叶片与下环接触面的附近的叶片上。这个结果可以较好地解释水轮机转轮叶片疲劳裂纹的产生和扩展的失效行为。     

铝合金加筋板焊接温度场和残余应力数值模拟

数值模拟作为一种高效可靠的技术手段,可分析焊接过程中温度场的分布情况。在数值模拟中,采用热源模型代替焊接热输入,使用热源模型是获取温度场的基础。梳理了现有的热源模型,并进行分类归纳,分析和总结了不同热源模型的特点、局限性及适用焊接场景。结果表明,高斯热源适应于焊接速度小、电弧冲击力小、焊接板材厚度不大的焊接方法;双椭球热源适用于焊接速度大、电弧冲击力大、焊接板材厚度较大的焊接方法;在大型构件的数值模拟中,采用带状分段移动热源可以大幅提升计算效率;针对焊接熔池形状复杂和焊接热输入需分成2部分的情况下,采用组合热源比单一热源得到的模拟结果更准确;对于动态特性明显的焊接过程,动态热源模型相比静态热源模型更具优势。

     

焊接过程数值模拟材料参量的确定

使用随温度变化的材料热—力学参量,研究了屈服强度、热导率、比热容、弹性模量、线膨胀系数、密度及泊松比7个热物理与力学参量对焊接残余应力峰值的影响.结果表明,屈服强度和热导率的变化范围较大,对纵向残余应力峰值影响显著;比热容、弹性模量、线膨胀系数和密度的变化范围较小,对纵向残余应力峰值影响不大;泊松比的变化范围与线膨胀系数和密度的相当,但对纵向残余应力峰值影响非常小.使用切条释放法对铝合金2A12-T4平板中纵向焊接残余应力模拟结果进行试验验证,模拟结果与试验结果吻合良好,证明了模拟结果的正确性.     

数值模拟技术在激光焊接过程中的应用及发展

激光焊接以其高效率、高精度成为材料高质量连接的先进方法. 激光焊接过程涉及材料对激光能量的吸收与反射、熔化与蒸发、熔池的流动、匙孔的波动等多个物理场问题,建立反映激光焊接热过程特点的数值模型,进而定量描述并澄清影响材料激光焊接质量的关键因素及演变过程,为材料高品质激光焊接制造提供理论支撑和科学思路. 文中从影响激光焊缝成形质量及服役性能的焊接缺陷、组织演变、残余应力几个方面入手,阐述数值模拟技术在激光焊接基础问题方面的应用及发展.     

电阻缝焊数值模拟研究进展

电阻缝焊过程的热影响区随着滚轮电极的旋转而不断移动,熔核彼此搭迭,形核过程处于封闭状态且无法观测,焊接参数及性能比点焊更加难以准确计算. 数值模拟作为一种功能强大的分析手段,解决了电阻缝焊领域中传统分析方法无法解决的问题,越来越受到焊接研究人员的重视. 文中综述了国内外近几年来的研究成果,对比了电阻缝焊与电阻点焊的特点,总结出电阻缝焊过程中电流场、温度场、应力场(应变场)三大领域的数值模拟方法,以及焊后焊缝形状、焊缝跟踪、无损探伤等智能控制技术,并对这些方法的原理进行了分析和探讨,提出开发多参数、多变量综合数学模型是将来电阻缝焊数值模拟技术的研究重点. 此外,指出发展与先进的在线实时监控系统及无损检测技术相适应的数值模拟技术将是电阻缝焊重要的研究方向.     

焊接过程三维应力变形数值模拟研究进展

焊接非平衡加热、冷却过程导致产生焊接应力与变形，严重影响焊接过程及结构的服役行为，是焊接结构生产制造过程中必须解决的关键技术问题之一。作者对目前国内外焊接过程中焊接应力与变形的数值模拟研究及工程应用进行了分析。结合研究小组的研究工作，对大型复杂结构焊接过程中三维焊接应力变形数值模拟存在的困难、需要解决的主要技术问题进行了评述，并介绍了几个工程应用实例。     

连续驱动摩擦焊接过程的三维与二维数值模拟对比分析

建立了连续驱动摩擦焊接过程的三维和二维刚塑性热力耦合模型.在三维模型中考虑了摩擦面上环向摩擦力对摩擦焊接过程的影响.计算了GH4169合金棒材连续驱动摩擦焊接过程的温度场、应力场及变形场.将三维模型计算结果和二维轴对称模型的计算结果及试验结果进行综合对比分析.研究发现,三维模型和二维轴对称模型的温度场计算结果相差不大,并且都和试验结果吻合得很好;但与二维轴对称模型相比,三维模型由于考虑了环向摩擦力,其等效应力计算值更大,也更合理,其飞边形状和轴向缩短量的计算结果更接近试验结果.三维模型能更好地模拟摩擦焊接过程.     

拉延筋约束阻力的数值模拟研究

在覆盖件的数值模拟中,为提高等效拉延筋的模拟精度,需要建立合理有效的拉延筋约束阻力求解模型。文章根据平面应变假设,建立了合理的数值模拟研究模型。模拟结果表明,弯曲过程中存在鲍辛格效应和加工硬化等现象。将该模型提取的拉延筋阻力曲线用于模拟软件,模拟结果与真实拉延筋模拟结果及物理实验进行比较,验证了该模型的合理性与有效性。该模型为研究拉延筋约束阻力提供了一种有效可行方案。     

304不锈钢激光焊接工艺及数值模拟

采用激光自熔焊接技术对304不锈钢进行平板焊接试验,并通过对比分析微观组织和力学性能结果,得出最佳工艺参数为:P=2.6 kW、v=30 mm/s、Δf=+2 mm.通过金相组织表征、X射线荧光衍射和电子背散射衍射等分析方法得出焊接接头的焊缝组织由奥氏体和铁素体组成.依据最佳工艺参数选用大型通用有限元模拟软件ABAQU...     

数值模拟在焊接中的应用分析

焊接是一个复杂的物理化学过程,传统的试验方法研究焊接现象不仅成本高、效率低,而且其应用存在一定的局限性,但单纯采用理论方法又很难准确地解决生产中存在的实际问题.借助计算机技术对焊接现象进行数值模拟,可以研究各种复杂的焊接问题,对焊接结构生产具有重要的指导意义.讨论焊接数值模拟技术的基本原理和主要模拟方法,综述数值模拟技术在焊接温度场分析、焊接应力应变分析、焊接冶金和焊接接头组织性能分析方面的应用及研究现状,指出了焊接数值模拟技术的主要发展方向.     

Sensitivity analysis of history dependent material mechanical models for numerical simulation of welding process

Abstract

Yield stress of 6013-T6 aluminium alloy was tested on Gleeble 1500D thermal–mechanical system at predesigned temperatures during different typical thermal cycles, in order to accurately reflect the influence of weld thermal history on material properties. The typical thermal cycles were referred to the temperature field simulation results of real welding process. The changes of yield stress were obtained directly from the stress–strain curves generated by the tensile tests. The tests were more accurate than previous publications, where only the yield stresses at room temperature after thermal history were tested or calculated from microstructure evolution model. Experimental results showed that the changes of yield stress during the cooling stage of typical thermal cycles followed one set of curves. These yield stress–temperature curves were different from those during the heating stage. Temperature and temperature history dependent material model M2 and M3 were established based on the experimental results. M2 model was perfectly plastic model while work hardening effect was considered in M3 model. Compared with conventional temperature dependent material model M1, the distributions of longitudinal residual stress and strain obtained with temperature and temperature history dependent models fit better with published results. Yield stress of the material at the weld zone decreased a lot after having experienced weld thermal history and longitudinal compressive plastic strain at the weld zone recovered to some extent during the cooling stage in M2 and M3 models. These were the main causes for lower peak longitudinal residual tensile stress in M2 and M3 models.