基于ansys的三面围焊直角焊缝应力分析及焊缝长度比例优化

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1、文章编号：1002－025X(2015)01-0069-05基于的三面围焊直角焊缝应力分析及焊缝长度比例优化ANSYS王新峰，唐琰，刘酒泉军732750）（中国酒泉卫星发射中心，甘肃摘要：为分析航天发射场某钢结构中三面围焊直角焊缝开裂原因，应用ANSYS软件对承受单向载荷作用的三面围焊钢结构进行了有限元分析建模，其中正面焊缝和侧面焊缝长度分别为140，50mm，焊缝焊脚尺寸为6mm。通过有限元计算，得到了钢结构整体的应力分布，探讨了正面焊缝和侧面焊缝不同部位的应力大小及其变化规律；并研究了焊缝总长度一定时钢结构薄弱部位的应力随正面焊缝与侧面焊缝长度比例的变化情况，给出了正面焊缝与侧面焊缝

2、的最优长度比例为2．25，分析结果可为三面围焊直角焊缝的钢结构设计提供参考。关键词：ANSYS；三面围焊焊缝；应力；长度比例；优化中图分类号：TU392．4；TG407文献标志码：BDOI:10.13846/j.cnki.cn12-1070/tg.2015.01.021焊缝连接是现代钢结构中一类重要的连接方法，两工件采用搭接焊接中的三面围焊方式应用广泛。缝和平行于侧面焊缝的作用力为已知情况下的平均应力计算公式，而实际上往往由于正面焊缝和侧面采用三面围焊直角焊缝，正面焊缝和侧面焊缝联合焊缝各自的承力无法精确计算，从而使得进行准确承担载荷。针对三面围焊焊缝的强度设计和校核问题，我国按照现行的

3、《钢结构设计规范》［1］实施，但是规范中的强度计算公式实际是基于垂直于正面焊的设计和校核存在较大难度。欧美国家对于角焊缝的强度计算方法虽然与我国有所不同［2］，但也都是一种平均应力的估算方法。尽管有改进型强度计算公式［3］提出，但试验表明三面围焊直角焊缝的应力分布非常复杂［4］，对于较复杂的几何形状或边界约束条收稿日期：2014-04-10···············································控制箱相连。其他与外部连接的管路均通过拖链来约从而消除了空冷电缆摩擦、刮蹭的现象。同时由于管路连接方式合理，整体上也非常简洁美观。束，在行走的过程中随着拖链一

4、起运动，75kVA变压器拖链如图2所示。焊钳结语该技术已经成功应用到3条五菱之光汽车生4焊机/焊钳底座产线，经过一段时间的生产验证，解决了空冷电缆摩擦、刮蹭导致的停线问题，接质量。获得了良好的焊伺服电机滑轨综上所述，将拖链的运动特性与75kVA变压器体积特性结合，利用柔性电缆连接到焊机控制箱，巧妙地避免了较长空冷电缆摆动连接方式，解决了伺服自动焊因空冷电缆摩擦频繁发生故障的问题。因此，该机构可以广泛用于汽车伺服自动焊。丝杠图2改进后伺服自动焊示意图存在的优点该方案避免了铜排连接及较长空冷电缆连接方式，可以将所有的管路约束在拖链内并随拖链行走，3．270·焊接质量控制与管理·焊接技术第44

5、卷第1期2015年1月件，应用弹性力学［5］相关理论求焊缝应力的精确理论生弹性变形，为准确获得焊缝应力分布，须将三者解也很困难。加上受焊接方法、工艺参数等因素影视为一个整体分析计算，分析中将焊缝横截面视为响，焊缝中不可避免存在焊接残余应力，常导致焊等腰直角三角形。在ANSYS软件［9］中建立钢结构的三维模型，建模时忽略正面焊缝和侧面焊缝的衔接部位，即认为三面围焊焊缝为3条独立的直角焊缝。缝应力腐蚀开裂、疲劳破坏等，但可以通过热处理、爆炸等方法减小或消除焊接残余应力［6］。焊缝通常是焊接钢结构中的薄弱环节，由于焊缝裂纹往往是从最大应力处萌生并扩展的，因此有必要详细准确了有限元单元类型选择为

6、8节点六面体“Solid45”，材质为各向同性线弹性体，弹性模量E＝2．06×1011Pa，泊松比μ＝0．3。由于连接板与焊缝连接的3个侧面以解载荷作用下焊缝的应力大小和分布特点，从而为焊缝尺寸设计、强度校核以及载荷施加等提供科学依及焊缝与基板连接的3个底面均为刚性连接，在据。针对理论计算的困难，有限元方法有着ANSYS中采用Glue功能粘结处理。采用扫掠法（FEM）很好的应用效果［7-8］。本文针对航天发射场某承力钢（Sweep）将连接板和基板划分为均匀的1mm×1mm×结构由于三面围焊直角焊缝的开裂导致结构连接失效1mm立方体网格单元；采用映射法将焊（Mapped）的问题，应用ANS

7、YS有限元分析软件对该三面围焊缝划分为四棱柱网格单元，其中焊缝横截面直角三角直角焊缝不同部位的应力进行了分析计算。形的斜边网格尺寸为姨2mm（即斜边6等分），直角边及焊缝长度方向网格单元尺寸均为1mm，构的几何模型及网格划分结果如图2所示。钢结1问题背景钢结构中，矩形连接板ABCD通过三面围焊直角焊缝与另一矩形基板A1B1C1D1采用搭接式焊接，其中连接板和基板的平面尺寸分别为140mm×50mm和200mm×100mm，板厚均为8