x80钢mag焊接过程的数值模拟研究

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1、摘要摘要焊接是一个涉及电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等。传统的焊接温度场和应力预测依赖于试验和统计基础上的经验曲线或经验公式。但仅从实验角度研究焊接热应力、焊后残余应力和变形问题难度很大，无前瞻性，不能全面预测和分析焊接对整个结构的力学特性影响，无法客观评价焊接质量。一旦能够实现对各种焊接现象的计算机模拟，我们就可以通过计算机系统来确定焊接各种结构和材料的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参数，这样就可以达到节约成本，提高效率的目的。本文研究的主要内

2、容包括l在计算过程中，材料性能随温度变化而变化，属于材料非线性问题，高温属性利用orie,m软件拟合得到。选用双椭球函数分布的热源模型，利用子程序功能实现热源的移动。建立了焊接瞬态温度分布数学模型，解决了焊接热源移动的数学模拟问题。讨论了网格大小、焊接速度、焊接电流、电弧参数对焊接温度场和应力场的影响；通过生死单元的方法，解决材料的熔化、凝固问题，对焊缝金属的熔化和凝固进行了有效模拟，解决了进行热应力计算收敛困难或不收敛的问题。对焊接过程产生的应力进行了实时动态模拟。利用本文模拟分析方法，可以对焊接过程的热应力及残余应力进行预测。针

3、对X80管线钢开坡口多层焊焊接温度的数值模拟，应用了ABAQUS中单元生死技术和FORTRAN语言，实现了多层焊焊接过程中焊缝填充的动态过程。利用EB系列台式测量仪及镍铬一镍铝电偶丝实测了接头的焊接热循环情况，与模拟计算结果进行对比，实验结果与模拟结果吻合较好。本文建立了可行的三维焊接温度场和应力场的动态模拟分析方法，为优化焊接结构工艺和焊接规范参数，提供了理论依据和指导。关键词管线钢；有限元；温度场；应力场；多道焊河北科技大学硕士学位论文AbstractWeldingisacomplicatedprocesswhichinvolv

4、esinelectro-magnetism，heattransferring，metalmeltingandfreezing，phase—change，weldingstressanddeformationandSOon．Inordertogethi曲qualityweldingstructure，thesefactorshavetobecontrolled．Traditionalweldingtemperaturefieldandstressfielddependonexperimentandexperiencecul'veore

5、mpiricalformulabasedonstatistics．Butit’Sdifficulttostudyresidualstressanddeformationjustbyexperienceandalsohasnoprospective，Can’tforestandanalyzethatweldingeffectsonmechanicalpropertiesofwholestructure．IfweldingprocessCanbesimulated、析出computer,thebestdesign,procedureme

6、thodandoptimumweldingparametercanbeobtained．Themaincontentsofthepaperareasfollowing：thecalculationinweldingprocessisamaterialnonlinearprocedurethatthematerialpropertieschangewiththetemperature，thepropertyofhightemperaturehasbeenfittedbyorigin；Choosethefunctionofdouble-

7、ellipseasthisheatmodel，usethesubroutinescommandtoapplyloadofmovingheatSOurCe．Amathematicmodeloftransientthermalprocessinweldingisestablishedtosimulatethemovingoftheheatsource．Theeffectsofmeshsize，weldingspeed，weldingcurrentandeffectiveparameterelectricarcontemperaturef

8、ieldandstressfieldarediscussed．Theproblemofthefusionandsolidificationofmaterialhasbeensolvedbythemethodofbirth-deathe