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1、理论研究熊震宇董洁谢雨田蒋海侠焊接过程的有限元模拟631121◎熊震宇董洁谢雨田蒋海侠焊接过程的有限元模拟(1.南昌航空大学,江西南昌330063;2.南昌冶金建设有限公司,江西南昌330012)[关键词]焊接;数值模拟;温度场;应力场[摘要]利用有限元分析软件ANSYS,对T型焊接的温度场和应力场的分布进行了动态模拟,提出高斯函数和双椭球函数相结合的双热源模型。并应用APDL语言实现了焊接全过程温度场的三维动态模拟,其结果与理论值比较吻合。[中图分类号]TG40[文献标识码]A[文章编号]1001-4926(2008)02-0063-05Simul
2、ationofweldingprocessesbyfiniteelementanalysis1121XIONGZhen-yu,DONGJie,XIEYu-tian,JIANGHai-xia(1.NanchangHangkongUniversity,Nanchang,Jiangxi330063,China;2.NanchangMetallurgyConstructionLtd,Nanchang,Jiangxi330012,China)Keywords:welding;numericalsimulation;temperaturefield;stress
3、fieldAbstract:ThefiniteelementanalysisoftemperaturefieldsandstressfieldintheTweldingisaccomplishedbasedontheANSYS.ItputsforwardadoubleheatsourcesmodelcombinedwithGaussiananddoubleellipsoidaldistribution.Andthedynamicsimulationoftemperaturefieldandstressfieldforweldingprocesshas
4、beenrealizedbyusingANSYSparametricdesignlanguage(APDL).There2sultsconformtothetheorycalculation.焊接热过程数值模拟是焊接数值模拟的一个主型接头埋弧焊为例给出了具体分析过程,计算结果要方面,它把焊接学科与计算机技术结合在一起,为与理论比较吻合。[1]定量地研究焊接冶金起到积极的推动作用。AN21有限元模型的建立SYS软件是以有限元分析为基础的大型通用CAE软件,其强大的热结构耦合及瞬态、非线性分析能力以南昌冶金建设有限公司吊车梁的制作工艺为依使其在焊接模拟技
5、术中具有广阔的应用前景[2]。本托,对吊车梁角焊缝的焊接过程进行数值模拟,本文采用T型接头的模型如图1所示。其中腹板尺寸60mm文利用ANSYS软件的参数化程序语言APDL编制×16mm×100mm,翼板尺寸100mm×20mm×100mm,腹了焊接过程三维瞬态温度场模拟分析程序,并以T[收稿日期]2008-03-12[修回日期]2008-04-01[作者简介]熊震宇(1968-),男,南昌航空大学材料科学与工程学院教授,博士。研究方向:机器人与焊接自动化、计算机图像处理等。2008年6月理论研究第22卷第2期熊震宇董洁谢雨田蒋海侠焊接过程的有限元模
6、拟64板开55°的单面坡口,留2mm的钝边,材料为Q345B。SURF152。如图2所示,在焊缝区域及近缝区细化为了描述T型接头三维焊接温度场的分布,热网格,而远离焊缝区采用较粗的网格。为获得一个分析单元中选取单元SOLID87,在加热圆弧面上生良好的瞬态焊接温度场,本课题在焊缝区的单元网成无中间节点的三维4节点弧形的表面效应单元格取3mm,热源沿着T型接头z轴的方向匀速移动。1.1热源模型63fQx2y2z221q(r)=3/2exp-32+2+2(2)焊接热源具有局部集中、瞬时和快速移动的特πabcfabcf点,易形成在时间和空间域内梯度都很大的
7、不均匀在后半部分椭球内热源分布为2222温度场,而正是这种不均匀温度场是形成焊接残余63f2Qxyzq(r)=3/2exp-32+2+2(3)应力与变形的根本原因。因此,焊接热源模型的建πabcbabcb立与焊接温度场的模拟是焊接有限元模拟的重要部此二式中的a,b,cf,cb可取不同的值,它们相互独立。本课题取熔池宽度D为10mm,a=D/2即分。基于T型接头的埋弧焊工艺,采用高斯分布的熔宽的一半,cf=23ah为熔池的前沿,cb=83ah为热源函数作为表面热源,焊件熔池部分采用双椭球熔池后沿,b=0.005mm为熔深。形热源分布函数作为内热源。[3
8、]1.2“生死”单元技术高斯函数分布的热源在T型板焊接过程中,焊接材料不断填充而形2rq(r)=qmexp-
