焊接過程模擬與焊接變形焊接Ansys應(yīng)力有限元分析

焊接過程模擬與焊接變形、焊接Ansys應(yīng)力有限元剖析焊接過程模擬與焊接變形、焊接Ansys應(yīng)力有限元剖析PAGEPAGE38焊接過程模擬與焊接變形、焊接Ansys應(yīng)力有限元剖析PAGE焊接過程模擬與焊接變形、焊接Ansys應(yīng)力有限元剖析焊接變形與焊策應(yīng)力焊接時，加熱和冷卻循環(huán)總會致使必定程度的變形，焊接變形對尺寸穩(wěn)固性以及構(gòu)造力學性能都有很大的影響，控制焊接變形在焊接加工中是一個重點的任務(wù)。在鋼構(gòu)造焊接中，焊接工藝會使構(gòu)件溫度場產(chǎn)生不平均變化，進而在構(gòu)件中產(chǎn)生復雜的節(jié)余應(yīng)力散布。節(jié)余應(yīng)力是一種自相均衡的力系，當構(gòu)件承受荷載時，如受拉、受壓等，荷載惹起的應(yīng)力將與截面節(jié)余應(yīng)力相疊加，進而使構(gòu)件某些部位提前抵達折服強度，并發(fā)生塑性變形，故會嚴重降低構(gòu)件的剛度和穩(wěn)固性以及構(gòu)造疲勞強度。對構(gòu)件進行焊接，在焊件上產(chǎn)生局部高溫的不平均溫度場，焊接中心處溫度可達1600℃，高溫區(qū)的鋼材會發(fā)生較大程度的膨脹伸長，但遇到相鄰鋼材的拘束，進而在焊件內(nèi)惹起較高的溫度應(yīng)力，并在焊接過程中，隨時間和溫度而不停變化，稱其為焊策應(yīng)力。焊策應(yīng)力較高的部位，甚至將抵達鋼材的折服強度而發(fā)生塑性變形，因此鋼材冷卻后將有殘余于焊件內(nèi)的應(yīng)力，稱為焊接節(jié)余應(yīng)力。而且在冷卻過程中，鋼材因為不可以自由縮短，而遇到拉伸，于是焊件中出現(xiàn)了一個與焊件加熱方向大概相反的內(nèi)應(yīng)力場。Ansys有限元焊接剖析為經(jīng)過對焊接過程的三維有限元模擬剖析以及焊接后構(gòu)件變形及節(jié)余應(yīng)力散布剖析，為評估焊接對焊件的影響供給更為合理、有效、靠譜的剖析數(shù)據(jù)，并為焊接工藝供給必定的指導，為采納的焊接過程供給必定的剖析依照，采納大型有限元計算軟件Ansys作為剖析工具對焊接過程與焊件的變形與節(jié)余應(yīng)力進行了剖析。ANSYS有2種方式來考慮熱剖析與力學剖析之間的耦合,即直接耦合和間接耦合。間接耦合法的辦理思路為先進行溫度場的模擬,而后將求出的結(jié)點溫度作為體載荷施加在構(gòu)造中,計算焊接節(jié)余應(yīng)力與變形。即：(1)使用熱剖析的手段進行熱剖析，依據(jù)需要可采納瞬態(tài)剖析與穩(wěn)態(tài)剖析模型，此處為瞬態(tài)剖析。(2)從頭進入前辦理中,將熱剖析單元變換為相應(yīng)的構(gòu)造剖析單元，設(shè)置構(gòu)造剖析中資料屬性,如彈性模量、泊松比、熱膨脹系數(shù)等。(3)讀入熱剖析的結(jié)點溫度作為構(gòu)造剖析的荷載,設(shè)置參照溫度,構(gòu)造剖析求解殘余應(yīng)力。而直接耦合法為采納Ansys供給的能夠進行復合域〔熱-力學剖析〕剖析的單元種類，同時進行熱剖析與力學剖析，進而獲取焊接后的變形與節(jié)余應(yīng)力。以下剖析過程分為厚板對接焊的焊接過程模擬與焊件的變形與節(jié)余應(yīng)力剖析、厚板的全熔透T形接頭焊縫的焊接過程模擬與焊件的變形與節(jié)余應(yīng)力剖析、箱型截面構(gòu)件的焊接變形與節(jié)余應(yīng)力剖析和K型節(jié)點的焊接變形與節(jié)余應(yīng)力剖析四個部分。此中第一、二、三局部采納Ansys中的實體單元，以直接耦合法對焊接過程進行模擬，并剖析了焊接后的變形與節(jié)余應(yīng)力，第四局部那么采納殼單元以間接耦合法對焊接變形與節(jié)余應(yīng)力剖析。采納的計算參數(shù)說明以下。鋼材應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系采納雙線性隨動加強非線性關(guān)系，不一樣溫度下的應(yīng)力應(yīng)變曲線以下列圖，此中，1〕折點地點為折服應(yīng)力，常溫下取為345*E6N/m2；2〕曲線斜率為彈性模量E，常溫下取為*E11N/m2；3〕抵達折服點后的彈性模量取值較小以模擬鋼材的塑性折服。鋼材彈性模量采納隨溫度變化的非線性關(guān)系，以下列圖。未考慮以下參數(shù)隨溫度的變化，而將其取為常數(shù)：熱膨脹系數(shù)取為*10-5m/m*K熱容量取為520J/(kgK))·熱傳導系數(shù)取為W/(m·k))泊松比為密度為7850N/m3為方便起見，焊藥的熱力學性質(zhì)和力學性能取與鋼材同樣。厚板對接焊的變形與節(jié)余應(yīng)力剖析變形圖:節(jié)余應(yīng)力散布圖:縱向節(jié)余應(yīng)力:橫向節(jié)余應(yīng)力:全熔透T形接頭焊的變形與節(jié)余應(yīng)力剖析有限元網(wǎng)格區(qū)分圖:變形圖:節(jié)余應(yīng)力散布圖:橫向節(jié)余應(yīng)力:箱型截面構(gòu)件的焊接變形與節(jié)余應(yīng)力剖析有限元網(wǎng)格區(qū)分圖:變形圖:變形圖(局部):節(jié)余應(yīng)力散布圖:節(jié)余應(yīng)力散布圖(局部):型節(jié)點的焊接變形與節(jié)余應(yīng)力剖析有限元網(wǎng)格區(qū)分圖:變形圖:節(jié)余應(yīng)力散布圖:厚板對接焊縫焊接過程模擬表示圖施工過程模擬中每次生成一個焊縫單元，模擬方法為依照序次生成單元，將重生成單元所包括的節(jié)點的溫度定為1500度〔連續(xù)時間為〕，將此作為初始條件進行計算，經(jīng)5s〔模擬焊接一個焊縫單元所需時間，此段時間內(nèi)焊縫將依據(jù)給定條件傳熱給四周單元降溫〕后生成下一單元。挨次生成所有單元達成整個焊接過程的模擬。全融透T形接頭焊接過程模擬表示圖小節(jié)經(jīng)過以上對厚板對接焊的焊接過程模擬與焊件的變形與節(jié)余應(yīng)力剖析、厚板的全熔透T形接頭焊縫的焊接過程模擬與焊件的變形與節(jié)余應(yīng)力剖析、箱型截面構(gòu)件的焊接變形與節(jié)余應(yīng)力剖析和K型節(jié)點的焊接變形與節(jié)余應(yīng)力剖析，能夠看