中厚板多道焊焊接过程中温度场和应力场的三维数值模拟.pdf

华中科技大学
硕士学位论文
中厚板多道焊焊接过程中温度场和应力场的三维数值模拟
姓名:梁晓燕
申请学位级别:硕士
专业:材料加工工程
指导教师:胡伦骥
20040420
华中科技大学硕士学位论文摘要中厚板的多道焊接过程非常复杂,成功预测焊接温度场和应力场的分布情况是获得高质量焊接结构的重要举措。本论文基于教ǎ灾泻癜宥越佣嗟篮的温度场和应力场的分布进行了动态模拟,分析了不同时刻的温度场分布、应力场中不同方向的残余应力的变化以及中厚扳最终的变形情况。计算结果与实测结果对比,二者基本吻合。论文的完成可为中厚板多道焊焊接参数的选取提供有效依据,可望节省大量的时间和物质资源。论文针对中厚板多道对接焊的特殊情况,建立双热源模型,即高斯分布的热源函数作为表面热源与双椭球形体热源作为焊件熔池部分的内热源相结合的方式,两热源能量分配比为,此热源模型计算结果基本符合实际情况。通过对平板堆焊实例温度场的有限元分析,成功得出了焊接有效半径、焊接速度以及对流系数对焊接温度场的影响,为中厚板多道焊模拟过程中相关参数的选择提供了参考依据;利用小吧馈钡ピ<际跏迪至硕嗟篮负阜焯畛涞亩过程;并且考虑到在实际焊接过程中,焊条与被焊工件一般为相似相容物质,将焊缝部分的单元热物理参数与其他部分取为一致,既简化了算法,又不影响计算结果论文在温度场计算结果中,对距离焊缝中心不等位置的点的熟循环曲线进行了分析,曲线变化与实际情况一致,;在应力场计算结果中,横向残余应力在焊缝方向上拉应力与压应力达到平衡,纵向残余应力在焊缝横截面上拉应力与压应力平衡分布。中厚板由于焊缝横截面温度分布不均而产生面内变形,角变形计算值与实测值接近。的精度。关键词:多道焊有限元分析温度场应力场
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指导黼签名:‰%牝靴敝储警:世日期:加簿吣月工独创性声明学位论文作者签名:粱豌意学位论文版权使用授权书絮吨羲不保密面。日期:禾年年月,‘日本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本论文属于保密口,年解密后适用本授权书。日期:.:裟暝性拢苋朐谝陨戏娇蚰诖颉啊獭在。●’
华中科技大学硕士学位论文髀如今,尽管焊接在现代制造业中已经成为必不可少的工艺方法,但在人们印象中,焊接技术仍决定于人们的技艺和经验。实际上,焊接科技工作者一直不断将各类基础理论的新成果引入到焊接过程的研究中,使得焊接工艺过程中的许多现象不仅可以从本质上进行理论解释,还可以进行定量分析、模拟和理论预测。然而由于物理本质的复杂性,焊接过程模拟技术的发展一直比较缓慢,远远落后于实际生产需要和制造业其它领域仿真技术的发展“焊接是一个局部快速加热到高温,并随后快速冷却的过程。焊接过程中的物理现象包括焊接时的电磁、传热、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等,要得到一个高质量的焊接结构必须要控制所有这些因素。一旦各种焊接现象能够实现计算机模拟,就可以通过计算机系统来确定焊接各种材料和结构时的最佳在实际操作中,人们一般凭借经验或者是通过一系列的实验来获得可靠而经济的焊接结构。但是,随着目前科学技术的高速发展,新材料或新的工程结构不断涌现,没有多少经验可以凭借,如果只依靠实验方法积累数据不仅要花费大量的时间和经费,而且任何尝试的失败,都将造成重大的经济损失。计算机模拟将发挥它独特的优势,在模拟过程中,只要通过少量的验证试验证明数值方法在处理某一问题上的适用性,其他大量的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参数的筛选工作可由计算机完成,不必在车间或实验室里进行大量的试验工作,这样就大大地节省了人力、物力和时间,具有很大的经济效益。悄壳笆澜缟狭餍械拇笮屯ㄓ糜邢拊H砑唬谄渥远窕功能,进行二次开发可以用于焊接数值模拟领域,它强大的非线性分析功能可以有效地模拟激光焊接非线性过程,后处理器可以方便地将计算结果进行彩色等值、矢量图和梯度等多种直观显示。。由于囊陨瞎δ芗捌淇煽啃院涂7判缘忍点,应用该软件模拟焊接过程也越来越引起人们的关注。设计、最