解析t型接头焊接温度场与应力场的有限元分析

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1、学兔兔www.xuetutu.comModernWelding现代焊接T型接头焊接温度场与应力场的有限元分析AnalysisoffiniteelementatweldingtemperaturefieldandstressfieldofT-shapejoints内蒙古工业大学材料学院德亚莎董俊慧［摘要］本文以热-弹塑性理论为基础，建立了T型接头焊接温度场和应力场三维有限元分析模型，考虑了材料的热物理性能和力学性能随温度而变化，即材料非线性，利用ANSYS有限元软件模拟计算出实际焊接过程的温度场和焊接应力场的分布规律，以便对实际生产提供指导。［关键词］T型接头；ANS

2、YS；温度场；应力场焊接广泛应用于船舶、容器、海头角焊的温度场和应力场，选取8节点一个载荷步的时候，上一个载荷步的洋平台、钢制桥等。焊接结构有许多六面体SOLID70单元进行间接耦合分载荷要被去掉。同样，死单元的质量、优点，如高效连接性，水密性和低制析。阻尼、比热或其他类似效果也设为0值,作成本。结构件在焊接过程中，焊缝采用间接耦合分析的实质是先采死单元的质量和能量将不包括模型求中心处温度可达1500℃以上，在构件用ANSYS热分析模块，对焊接模型进解结果中，单元的应变杀死的同时也中产生局部高温和不均匀温度场。由行瞬态热分析以模拟焊接加热及冷却设为0。当一个单元出生

3、时，即被激活,于焊缝附近构件上的瞬态温度场的梯过程，即对焊缝区单元的生成以及对其刚度、质量、单元载荷等将恢复原度大，造成构件在冷却过程中收缩率整个焊缝区的求解；之后转入ANSYS始的数值。不一致，使得在焊缝及其附近区域产结构分析模块，对模型进行约束以及1.3热源模拟生了残留的拉伸应力，由此形成焊接加载边界条件等，将热分析结果当作根据焊接实际情况选用单元内部变形和焊接残余应力。这种焊接变形体载荷加载到模型上；最后求解得到生热的热源模式，即焊接热源通过假和残余应力的存在，会影响钢结构的[2-3]定焊缝单元的内部热生成施加到焊缝残余应力。[1]上，将有效的热输入量换算成焊

4、缝单建造质量及疲劳强度。1.2单元的生死功能应用本文针对低碳钢角接焊时，选用为了模拟真实焊接过程，采用AN-元在单位体积、时间上的热生成强度。单元内部生热的热源模型，建立三维SYS单元的生死功能，即在计算前，焊Q=ηUI/V的温度场有限元数值分析模型，并考缝处单元全部作为死单元，当焊料单式中，η为电弧热效率；U为焊接电虑材料的非线性，采用热弹塑性有限元被焊上去时，单元即由死变为生。压（V）；I为焊接电流（A）；v为焊3单元法，研究T型接头焊接过程瞬态温所谓单元死的效果，ANSYS软件并不缝单元的体积（ｍ）。度场、瞬态热应力和残余应力以便为是将杀死的单元从模型中删除，

5、而是通常假定热量均匀施加在焊缝单实际生产提供指导。将其刚度、传导或其他分析特征矩阵元上，作内部热源处理。由于焊缝是乘以一个很小的因子，因子的默认值随着电弧的移动逐步填充上去的，尚1焊接模型及分析方法为1.0E-6，也可以赋予其他数值。死未填充部分的单元假定为虚单元。在1.1热应力耦合模型单元的单元载荷将为0，从而不对载荷虚单元中给以极小的热系数数值，直利用ANSYS有限元软件模拟T型接[4]向量生效，但仍然在单元载荷的列表至填充焊缝转化为实单元时为止。作者简介：德亚莎（1980-），女，沈阳理工大学本科毕业,中出现。在求解的时候确定每一时刻1.4有限元模型内蒙古工业

6、大学硕士研究生，所学专业：材料加工工程。目前从事焊接应力与变形数值模拟方面的研究。的载荷的位置和大小，载荷移动到下T型接头试件的尺寸为：翼板为：现代焊接2010年第10期总第94期J-15学兔兔www.xuetutu.com现代焊接ModernWeldingη=0.7。焊接材料为低碳钢，其材料[5]性能如附表所示。2.2瞬态温度场计算结果图3为不同焊接时刻的瞬态温度场,图4为沿path1路径2s、4s、6s时刻的温度分布曲线。焊接时间为6s，冷却附表焊接母材性能温度T（℃）2025050075010001500导热系数λ（W/m·℃）504740273035密度ρ（

7、㎏/cm3）782077007610755074907350比热容C（J/㎏·℃）4604805306756706602换热系数β（W/m·K）103552100150300泊松比μ0.280.290.310.350.40.45-5线膨胀系数Х10а（1/℃）1.101.221.391.481.341.33弹性模量Х10E5（MPa）2.051.871.50.70.20.19屈服应力бs（MPa）22017513040252由于其对称性，沿焊缝处取一半对称所用时间为1800s。模型进行计算和分析。其有限元模型由图可见，随着焊接热源的移动,如图1。为了保证计算精度