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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

作　者: 梁晓燕
导　师: 胡伦骥
学　校: 华中科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 多道焊有限元分析 ANSYS 温度场应力场
分类号: TG457
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 1115次
引　用: 36次
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内容摘要

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ANSYS平台,对中厚板对接多道焊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板最终的变形情况。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3 : 2,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ANSYS中“生死” 单元技术实现了多道焊焊缝填充的动态过程;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,又不影响计算结果的精度。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热循环曲线进行了分析,曲线变化与实际情况一致,焊缝的熔宽为9mm左右,熔深为4.6mm左右,亦与实际情况相符;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。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-6
目录  6-8
1 绪论  8-17
  1.1 焊接温度场有限元分析的发展概况  9-11
  1.2 焊接应力场有限元分析的发展概况  11-14
  1.3 ANSYS在多道焊接有限元分析中的应用  14-15
  1.4 课题研究的意义及主要内容  15-17
2 建模  17-29
  2.1 几何模型的确定  17-19
  2.2 材料特性参数  19-21
  2.3 确定单元类型  21-22
  2.4 划分网格  22-24
  2.5 生死单元技术  24-26
  2.6 确定热源模型  26-28
  2.7 本章小结  28-29
3 中厚板多道焊三维温度场计算及结果分析  29-50
  3.1 中厚板多道焊三维热源的加载  29-35
  3.2 移动热源的处理  35-38
  3.3 中厚板多道焊三维温度场的求解  38-40
  3.4 中厚板多道焊三维温度场的后处理及结果分析  40-49
  3.5 本章小结  49-50
4 中厚板多道焊三维应力场计算及结果分析  50-72
  4.1 中厚板多道焊应力场有限元分析数学模型  50-52
  4.2 ANSYS中的热-力耦合分析  52-54
  4.3 中厚板多道焊三维应力场的求解  54-58
  4.4 中厚板多道焊三维应力场的后处理及结果分析  58-71
  4.5 本章小结  71-72
5 结论  72-74
致谢  74-75
参考文献  75-80
附录1 作者在攻读硕士学位期间发表的论文  80-81
附表一试块平面度检定报告  81

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

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