【摘要】：焊接在現(xiàn)代制造業(yè)中作為一種可靠、高效且成本低的熱加工工藝,在制造業(yè)中受到廣泛應(yīng)用。而焊接過(guò)程中產(chǎn)生的焊接殘余應(yīng)力與變形對(duì)焊接工件的使用性能和使用壽命造成不小的危害。因此,對(duì)焊接殘余應(yīng)力及其變形情況進(jìn)行分析具有很重要的意義。在焊接模擬中,熱彈塑性有限元法可良好的模擬焊接過(guò)程中以及焊接冷卻階段的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)以及焊接工件的變形情況。然而,熱彈塑性有限元法在模擬焊接過(guò)程時(shí),計(jì)算過(guò)程復(fù)雜,所需的計(jì)算時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng),對(duì)工作站的要求很高,不適合很多大型結(jié)構(gòu)件的計(jì)算。因此,本文將熱彈塑性法進(jìn)行簡(jiǎn)化,提出合適的計(jì)算模型進(jìn)行溫度場(chǎng)與應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的計(jì)算,并針對(duì)研究對(duì)象箱體焊接的特點(diǎn)找到合適的模擬方法進(jìn)行計(jì)算分析,具體工作如下:(1)對(duì)串熱源進(jìn)行了改進(jìn),建立了溫度隨時(shí)間變化的段狀熱源模型,將該模型運(yùn)用于局部角焊模型中,并與瞬態(tài)移動(dòng)熱源模型進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了該段狀熱源模型在不同的分段段數(shù)情況下的計(jì)算結(jié)果與瞬態(tài)移動(dòng)熱源模型計(jì)算結(jié)果的一致性,并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。(2)將段狀熱源模型應(yīng)用于箱體整體模型,分析了箱體模型在焊接過(guò)程及冷卻時(shí)的溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)分布,及其焊接變形情況,并對(duì)其進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,證明了該熱源模型應(yīng)用于箱體計(jì)算模型上的可行性。(3)分析了不同的焊接順序下,箱體模型的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)以及焊接變形量。對(duì)比分析了不同方案下的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)及焊接變形量的變化規(guī)律。研究結(jié)果表明:段狀熱源模型可適用于低碳鋼箱體焊接應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)模擬,能有效地表示焊接過(guò)程以及焊接后冷卻過(guò)程。本研究結(jié)果可用于指導(dǎo)低碳鋼箱體的焊接工藝參數(shù)、焊接順序選擇,有利于有效地控制箱體焊接變形。
【圖文】：

圖 2- 1 高斯熱源示意圖Fig.2- 1Schematic diagram of Gauss heat sourceexp(3)22RrqQrm 上某一點(diǎn)距離熱源中心處的距離，，q 代表距離焊中心處的最大熱源密度，R 為焊接熱源的有效加、鎢極氬弧焊等焊接電弧挺度較小，溫度梯度相對(duì)。高斯熱源模型在焊接模擬中有著廣泛的應(yīng)用。橢球狀熱源模型相比，半球狀熱源模型和橢球狀熱源模型更能適應(yīng)，比如高能束焊接。另外考慮到運(yùn)用激光焊等焊接對(duì)于這種情況橢球狀熱源模型較半球狀熱源模型更

圖 3- 1 角焊模型示意圖Fig.3- 1Schematic diagram of angle welding model模擬計(jì)算分析采用由英特爾公司生產(chǎn)的四核 E3-1250-V3 處理器，頻率為 3.50存為 16GB，硬盤大小為 1TB。劃分網(wǎng)格時(shí)采用的是 ANSYS 中的 Solid 單元，將模型劃分為六面體單元，由于模型因，無(wú)法保證焊縫上所有單元均為六面體單元，故而其中有少數(shù)五面體單元。的遠(yuǎn)近將模型分為焊接區(qū)域、過(guò)渡區(qū)以及遠(yuǎn)離焊縫區(qū)。考慮到在焊接過(guò)程中，加熱熱源將母材與焊條從室溫瞬間加熱到母材熔點(diǎn)之上溫度的，加熱過(guò)程短，，溫度梯度高；而過(guò)渡區(qū)域及遠(yuǎn)離焊縫區(qū)主要是通過(guò)母材的熱傳導(dǎo)與熱輻射進(jìn)梯度小。因此在焊縫區(qū)域進(jìn)行較密的網(wǎng)格劃分，過(guò)渡區(qū)域及遠(yuǎn)離焊縫區(qū)進(jìn)行較分。 3-1 所示，整個(gè)局部角焊模型共劃分為 30666 個(gè)網(wǎng)格，35126 個(gè)節(jié)點(diǎn)。在焊縫區(qū)
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG404

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2695440