焊接三維殘余應力的檢測與數值模擬.pdf

1、隨著現代工業(yè)的發(fā)展，焊接技術正滲透到橋梁、汽車、船舶、電力、石油、化工以及航空航天等各個領域，焊接結構產品的質量要求也越來越高，尤其是對焊接殘余應力的要求更為苛刻，對殘余應力的檢測技術也提出了更高要求，即準確可靠、快速而且非破壞性。采用數值模擬技術研究焊接過程在焊接領域計算機應用中占有重要位置，通過焊接模型的建立，焊接工藝參數的輸入，再應用計算機進行大量計算，就能得出焊接構件的應力場分布狀態(tài)。
　　 通過電解逐層腐蝕剝層法與X射

2、線衍射法對船用結構鋼Q345中厚板對接焊和角接焊的焊接殘余應力進行測量；通過數值模擬的方法，利用大型有限元軟件ANSYS建立三維有限元模型，構建并分析焊接模型的溫度場和應力應變場，并對測試和模擬結果進行對比，確定數值模擬結果是否具有準確性，分析并總結影響X射線衍射法測量焊接殘余應力準確性和有限元模型精度的因素。實驗結果表明：
　　 ①采用電化學腐蝕剝層方法，對Q345鋼平板對接焊試件進行了剝層處理。在剝層過程中，考慮了影響腐蝕

3、過程、腐蝕面質量以及腐蝕速率的多種因素。根據腐蝕電流的變化以及腐蝕效果隨時間的變化可把恒壓腐蝕過程分為電解腐蝕階段和電解拋光階段。采用恒壓腐蝕并對其他幾個主要因素進行適當控制，對Q345焊板進行長時間、大面積、大深度腐蝕，可獲得較好的腐蝕效果。結果表明電化學腐蝕剝層在表層殘余應力測試中具有較好的應用效果。
　　 ②對有限元模型采用了分區(qū)網格劃分。在焊縫區(qū)和熱影響區(qū)，采用小尺寸網格劃分，以保證計算精度；在遠離焊縫區(qū)采用單元大尺寸

4、網格劃分，以減小運算量、提高運算效率。模型計算采用直接法，各區(qū)耦合單元都選用SOLID5，以提高非線性計算的收斂性。采用生死單元法，實現了不同道次焊縫的模擬焊接，使模型更貼近多道焊焊接實際過程。
　　 ③通過對比測試結果和模擬結果，不論是平板對接焊縫還是角接焊，其沿層深方向分布的殘余應力在平行、垂直于焊縫方向應力測量值與有限元模型模擬值大體上是比較吻合的，擬合曲線變化趨勢大致相同，但個別測試點與模擬點存在一定誤差。這說明數值模