激光薄板拼焊过程温度场和应力应变场的数值模拟

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1、华中科技大学硕士学位论文摘要本课题对激光薄板拼焊过程中的温度场和应力应变场有限元分析问题进行了研究。研究构件为平板对接激光焊接问题，采用了基于ANSYS大型通用有限元分析软件平台，使用其提供的APDL语言工具进行开发设计。本文从有限元分析过程中的建立计算模型、温度场分析及应力应变场分析三个互相紧密相关的方面对薄板激光拼焊过程的数值模拟进行了阐述。本课题采用对称模型进行简化处理，采用精度较高、利于进行非线性结构分析的四边形单元。网格划分时，在近缝区指定了较小网格以保证计算精度，在远离焊缝区域采用较大网格，并使用了自由网格进行中间过渡，解决了计算量和计算精度的矛盾。温度场分析中，

2、将热过程模拟为表面施加的具有高斯分布的热流密度载荷，加载区域考虑余量以保证足够节点能够被选中。模拟结果的温度场形状与实际情况吻合良好。焊接过程应力应变场分析是高度非线性的弹塑性分析，本课题分析了强度准则的选择，采用了大应变效应，使用牛顿一拉普森平衡迭代、自动时间步长、打开预测器等手段加强分析问题收敛；并通过施加适当的边界条件防止构件的奇异移动。计算结果与实验结果进行了对比分析，二者较为吻合。本课题在模拟中采用较大的模型，尽量朐接近实际情况，对焊接模拟能够直接在生产中应用做了一定的尝试。关键词：激光有限元分析ANSYS数值模拟温度场应力应变场华中科技大学硕士学位论文Abstra

3、ctInthispaper,FEA(Finiteelementanalysis)ofthetemperaturefieldandstressandstrainfieldsinlllSerweldingofsheetsisstudied．Inthisanalysis，allANSYSsoftwareplatformisusedtostudythelaserweldingofsheets．AprogramwasdevelopedwithAPDLlanguagesupportedbytheANSYSplatform．Therearethreemainportionsinthisan

4、alysisincludingmodeling，temperaturefieldanalysisandstressandstrainanalysis，whicharetightlyconnectedtoeachother．Astothemodeling,simplificationwasadoptedandquadrilateralelementwasusedintheFEA．whichwasinfavorofnonlinearanalysisandeasytoobtainamoreaccuracyresult．Whenmeshing,smallersizegridswere

5、madetoensuretheaccurateresultneartheweldzone，ontheothersidelagersizeswereusedtoreducethecalculation．Inthetemperaturefieldanalysis，aGaussiansurfaceheatflowloadwasappliedtosimulatetheheatprocess．Duringtheprocess，redundancywasconsideredtopickupenoughnodes．Theshapeofthetemperaturefieldcoincides

6、withthepracticalsituationverywell．Theanalysisofstressandstrainfieldsisahighlynonlinearelastoplasticanalysis．Inthispaper,intensitycriterionWaSchosen，andaseriesofmeasureswereadoptedtoenhancetheconvergencesuch踮largedeformationeffects．Newton-Raphsonequilibriumiteration，AUTOTS，anduseofthepredict

7、or；AtthesametimeseveralboundaryconditionsWaSappliedtopreventsingulardeformationofthestructure．Itisprovedthatthesimulationresultsareingoodaccordancewiththeexperiments．inthispaper,alargemodelwastestedtoapproachthepracticalsituation，andtotakeatryoutoftheapp