角焊縫角變形數值預測方法研究.pdf

1、橋梁和船舶等制造業(yè)一直以來受到焊接變形導致的生產費用提高，延誤工期等問題的困擾。隨著計算機計算能力的不斷提高和數值計算技術的發(fā)展，有限元數值模擬成為研究各種焊接現象的重要手段。尋求預測焊接變形的簡便實用的數值方法，對提高生產效率，改進產品質量有著重要的工程意義。 熱彈塑性有限元法是研究焊接現象的最根本的數值方法。該方法跟蹤整個焊接熱循環(huán)過程中溫度場和應變應力場的瞬態(tài)變化，計算結果可以達到較高精度。但對于實際大型焊接結構，該方法不

2、但占用計算機資源，而且耗時冗長，故只適用于研究小型焊接接頭各種焊接現象的產生機制。要預測大型結構的焊接變形，一般采用簡化的彈性有限元方法。然而，現有的簡化方法對于角焊縫角變形的預測效果并不理想。本文介紹了預測焊接變形簡化方法的思路和特點，指出了只有正確認識焊接變形產生的本質，才能充分有效利用簡化有限元方法預測焊接變形。 本文以非線性有限元分析為平臺，以T形焊接接頭為對象，用映射應變分量的方法研究角焊縫角變形的產生機制。研究結果表

3、明，沿焊縫橫向的固有正應變分量使直角略有變小，縱向和豎向固有正應變分量均使直角略有變大，實際直角變小的角變形效果主要來源于平行于焊縫的平面內垂直于焊縫方向的不均勻固有剪切應變分量，另外兩個固有剪切應變分量對角變形的影響可以忽略。 本文通過對角焊縫熱彈塑性數值結果的處理和分析，提出了角焊縫固有剪切應變的雙拋物面分布模型，并通過大量有限元數值實驗歸納出模型函數表達式中各待定參數與焊縫長度、熱輸入密度、焊件厚度等因素之間的經驗公式。

4、 基于固有剪切應變的雙拋物面分布模型，本文進一步提出了預測角焊縫角變形的固有剪切應變法。該方法將角焊縫處固有剪切應變分量的修正近似值作為焊接結構的初始應變，施加在有限元模型相應的角焊縫區(qū)域，通過線彈性分析預測角焊縫焊接結構的角變形效應。本文用固有剪切應變法對T形接頭和加筋板進行了焊接角變形預測，并開展了相應的焊接實驗，預測結果和實驗結果吻合較好。 固有剪切應變法糾正了傳統(tǒng)的簡化方法用橫向固有正應變預測角焊縫角變形的方向性錯