隨焊錘擊應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬的研究.pdf

1、焊接過程是一個(gè)快速、不均勻的熱循環(huán)過程,焊縫附近的溫度梯度很大。焊接過程溫度分布不平衡,接近焊接區(qū)域的材料膨脹率和收縮率不同,導(dǎo)致了復(fù)雜的三維殘余應(yīng)力狀態(tài),伴隨產(chǎn)生暫時(shí)的或永久的焊接變形,并且不可避免地會(huì)在工件內(nèi)產(chǎn)生復(fù)雜的焊接殘余應(yīng)力、裂紋、氣孔等缺陷,影響焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和使用性能。
　　 隨焊錘擊是近些年發(fā)展起來(lái)的焊接新技術(shù),具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作靈活、工作效率高的優(yōu)點(diǎn)。焊件通過錘擊處理可以有效降低和消除焊接殘余應(yīng)力,避免焊接裂紋

2、的產(chǎn)生,提高焊縫的疲勞強(qiáng)度,調(diào)整焊接殘余應(yīng)力分布狀態(tài)。在錘擊系統(tǒng)中,振動(dòng)錘的參數(shù)選擇對(duì)焊接殘余應(yīng)力的消除也有很大的影響,必須要根據(jù)焊接過程中溫度場(chǎng)的變化來(lái)確定振動(dòng)錘形狀、錘擊的開始時(shí)間、以及錘擊力的強(qiáng)度、錘擊頻率等參數(shù)。這樣就可以更好地控制錘擊的效果,消除焊接應(yīng)力。通過對(duì)各種焊接現(xiàn)象的計(jì)算機(jī)模擬,可以得到不同時(shí)刻焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的分布情況,就可以為隨焊錘擊工藝提供錘擊位置、錘擊時(shí)機(jī)等參考依據(jù)。
　　 通過系統(tǒng)討論焊接過程的有限

3、元分析方法和理論,對(duì)焊接過程中的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的基本理論和數(shù)值模擬分析方法進(jìn)行了研究,利用間接藕合法,首先模擬焊接過程中的溫度場(chǎng)分布,然后將溫度場(chǎng)模擬結(jié)果以載荷的形式添加到應(yīng)力場(chǎng)的分析過程,即可以得到應(yīng)力場(chǎng)的分布;然后將模擬溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分布規(guī)律與傳統(tǒng)結(jié)果進(jìn)行比較,并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。
　　 本文研究的主要內(nèi)容有:首先對(duì)焊接過程進(jìn)行合理的假設(shè),建立了焊件的三維模型,適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化邊界條件,合理的劃分網(wǎng)格結(jié)構(gòu),確定了單元類型;建立了高

4、斯函數(shù)分布的面熱源模型,利用ANSYS軟件的APDL語(yǔ)言編寫程序,實(shí)現(xiàn)焊接熱源的移動(dòng),采用生死單元方法,解決了焊接熱源在平板多道焊縫焊接過程中的數(shù)學(xué)模擬問題;通過改變單元屬性的方法,解決材料的熔化、凝固等相變問題;采用牛頓-拉普森迭代方法,解決了模擬過程中的不收斂問題;對(duì)焊接過程進(jìn)行了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬,得到了焊接溫度場(chǎng)的溫度分布圖和應(yīng)力場(chǎng)的殘余應(yīng)力分布圖和相應(yīng)的分布規(guī)律,與傳統(tǒng)焊接理論相比較,為錘擊時(shí)機(jī)的選擇提供理論依據(jù);最后采用小孔法對(duì)焊