本文關(guān)鍵詞：起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)焊縫殘余應(yīng)力數(shù)值模擬分析

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【摘要】：焊接作為一種重要的制作技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著重要的作用，，通過焊接人們可以獲得優(yōu)異的連接質(zhì)量和優(yōu)秀的使用性構(gòu)件，焊接結(jié)構(gòu)相對于鉚接和螺栓等其他聯(lián)接結(jié)構(gòu)，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。但是焊接結(jié)構(gòu)也有著明顯的不足，那就是存在較大的焊接應(yīng)力和之后出現(xiàn)的焊接變形。焊接結(jié)構(gòu)焊縫處的應(yīng)力集中，是疲勞、脆斷等破壞的起源，因此，非常有必要對焊后殘余應(yīng)力進(jìn)行研究，掌握焊縫及周圍應(yīng)力的分布規(guī)律，為結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供參考。 本文借助于ANSYS有限元軟件的熱-結(jié)構(gòu)耦合功能，考慮焊接溫度場對應(yīng)力應(yīng)變場的單項(xiàng)耦合作用，針對起重機(jī)主梁箱型結(jié)構(gòu)腹板與翼板焊接處的角焊縫進(jìn)行實(shí)例分析，模擬計(jì)算其焊后溫度場和應(yīng)力場的分布規(guī)律。本文選用雙橢球型熱源模型，并適當(dāng)選取高溫時的材料物理性能參數(shù)，運(yùn)用有限元軟件ANSYS的APDL語言編寫程序命令流，實(shí)現(xiàn)焊接熱源的移動加載，模擬焊接過程，最終得到了焊接溫度場以及焊接應(yīng)力場的動態(tài)變化的仿真圖，由已求出的溫度值計(jì)算出應(yīng)力值，方法是將作用到焊件上的熱單元轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)單元，計(jì)算并分析出各個時間點(diǎn)的瞬態(tài)應(yīng)力值和最后殘余應(yīng)力值的大小。 焊接過程是一個瞬態(tài)熱變化過程，為了形象模擬出熔池金屬的熔化、凝固過程，本文運(yùn)用了ANSYS中生死單元技術(shù)，形象模擬焊接過程中焊接材料不斷填充焊縫的過程，給出角焊縫及其周圍焊接殘余應(yīng)力的分布趨勢。生死單元技術(shù)的實(shí)質(zhì)是將超過材料熔點(diǎn)的單元“殺死”，并且激化未超過熔點(diǎn)的單元。 本文針對起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的箱型主梁翼板與腹板焊接處的角焊縫，建立三維模型，進(jìn)行了有效的網(wǎng)格劃分，設(shè)定了材料Q235在高溫狀態(tài)下的相關(guān)參數(shù)。借助ANSYS有限元軟件的APDL語言編寫整個模擬過程中的命令流，模擬雙橢球形熱源，得到了角焊縫模型的三維溫度場，并最終實(shí)現(xiàn)了殘余應(yīng)力的動態(tài)模擬分析，得到的結(jié)果與相關(guān)研究結(jié)論基本一致，這將會為起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)強(qiáng)度應(yīng)力分析及疲勞壽命計(jì)算提供參考。另外，本文的研究也證明了有限元軟件在焊接結(jié)構(gòu)分析中的運(yùn)用比較方便，促進(jìn)了有限元軟件在數(shù)值模擬方面應(yīng)用的廣泛性。
【關(guān)鍵詞】：ANSYS軟件 角焊縫 生死單元法 溫度場 應(yīng)力場
【學(xué)位授予單位】：鄭州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TG404;TH21
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 圖和附表清單9-11
• 1 緒論11-20
• 1.1 引言11-12
• 1.2 課題的研究背景12-13
• 1.3 焊接熱過程文獻(xiàn)綜述13-17
• 1.3.1 焊接過程熱循環(huán)14-15
• 1.3.2 焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生：15-16
• 1.3.3 影響焊接殘余應(yīng)力的主要因素16
• 1.3.4 焊接后殘余應(yīng)力分類16-17
• 1.4 焊接溫度場應(yīng)力場研究歷史與發(fā)展趨勢17-19
• 1.5 本文研究內(nèi)容及意義19-20
• 2 焊接過程有限元分析理論基礎(chǔ)20-25
• 2.1 有限元法介紹20
• 2.2 有限單元法基本原理20-21
• 2.3 ANSYS 有限元軟件21-24
• 2.3.1 前處理模塊21-22
• 2.3.2 載荷施加和求解22
• 2.3.3 后處理22-23
• 2.3.4 單元生死技術(shù)23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-25
• 3 建立起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)角焊縫模型25-34
• 3.1 起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)角焊縫簡介25-26
• 3.2 研究對象26-28
• 3.3 材料的特性參數(shù)28-30
• 3.4 確定單元類型30
• 3.5 網(wǎng)格劃分30-31
• 3.6 焊接熱源模型31-33
• 3.7 本章小結(jié)33-34
• 4 角焊縫焊接溫度場和應(yīng)力場數(shù)值模擬34-38
• 4.1 溫度場有限元求解34-35
• 4.2 焊接應(yīng)力場的模擬計(jì)算35-36
• 4.2.1 焊接應(yīng)力場的計(jì)算方法35
• 4.2.2 邊界條件和載荷的施加35-36
• 4.3 熱彈塑性分析的假定36-37
• 4.3.1 屈服準(zhǔn)則36-37
• 4.3.2 強(qiáng)化準(zhǔn)則37
• 4.3.3 流動準(zhǔn)則37
• 4.4 本章小結(jié)37-38
• 5 焊縫溫度場和應(yīng)力場結(jié)果分析38-61
• 5.1 焊接溫度場的結(jié)果分析38-48
• 5.1.1 載荷步的確定38-39
• 5.1.2 計(jì)算溫度場結(jié)果分析39-44
• 5.1.3 不同焊接速度下的溫度場44-48
• 5.2 焊接殘余應(yīng)力場結(jié)果分析48-60
• 5.2.1 熱-力耦合作用分析48-49
• 5.2.2 應(yīng)力場有限元分析49-53
• 5.2.3 相關(guān)點(diǎn)的應(yīng)力曲線分析53-60
• 5.3 本章小結(jié)60-61
• 6 結(jié)論與展望61-63
• 參考文獻(xiàn)63-66
• 致謝66-67
• 個人簡歷、在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果67

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前6條

1 謝雷,羅宇,謝志勇,帥克剛;基于固有應(yīng)變的大型焊接結(jié)構(gòu)變形的預(yù)測[J];焊接學(xué)報(bào);2004年02期

2 王者昌;;焊接應(yīng)力變形原理若干問題的探討(一)[J];焊接學(xué)報(bào);2008年06期

3 蔡洪能，唐慕堯;TIG焊接溫度場的有限元分析[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);1996年02期

4 邵園園;曾慶良;玄冠濤;劉賢喜;任利;;基于ANSYS的鋼銅異種金屬焊接殘余應(yīng)力分析[J];礦山機(jī)械;2012年10期

5 張振先;徐耀玲;杜國君;;基于有限元的三向角焊縫殘余應(yīng)力分析[J];熱加工工藝;2007年07期

6 月蘭,田汝珉;薄壁筒焊縫殘余應(yīng)力研究[J];壓力容器;2004年05期

本文編號：869385