试析基于有限元的随焊锤击温度场及应力场数值模拟

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1、河北农业大学硕士学位论文基于有限元的随焊锤击温度场及应力场数值模拟姓名：康瑜申请学位级别：硕士专业：农业机械化工程指导教师：马跃进20080608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。焊接过程主要包括焊接时的电磁与传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等。然而，多数焊接过程不可避免地会在工件内产生复杂的焊接残余应力、裂纹、气孔等缺陷，继而降低焊接结构的使用性能，影响焊接质量。锤击处理是一种非常有效的消除焊接残余应力的方法，在工程实践中应用比较广泛，然而已有研究远远不能满足实际应用的需要，

2、如果能够实现对各种焊接现象的计算机模拟，得到不同时刻焊接温度场和应力场的分布情况，就可以为随焊锤击工艺提供锤击位置、锤击时机等参考依据。在总结已有研究的基础上系统讨论了焊接过程的有限元分析理论，对焊接过程中的温度场和应力场的基本理论和数值模拟分析方法进行了阐述；在数值模拟计算时，采用ANSYS软件的热——结构耦合功能，利用间接耦合法，先计算温度场，温度场模拟准确之后，再进行应力场的计算。虽然焊接温度场与应力场是双向耦合的，但是应力场对温度场的影响非常小，所以只考虑了焊接温度场对应力场的单向耦合；提出了基于ANSYS软件平台

3、的焊接温度场和应力场的模拟分析方法，并针对平板堆焊作业进行了实例计算，计算结果与传统结果和理论值相吻合。本文研究的主要结果包括：采用高斯函数分布的热源模型，利用ANSYS软件的APDL语言编写程序实现热源的移动；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；通过改变单元属性的方法，解决材料的熔化、凝固问题；模拟埋弧焊单道堆焊，忽略了焊缝金属的熔敷，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，利用文中的模拟分析方法，可以对焊接过程的热应力及残余应力进行预测，为锤击时

4、机的选择提供理论依据。建立了可行的三维焊接温度场、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，同时为随焊锤击工艺提供了理论依据。关键词：焊接；数值模拟；有限元；温度场；应力场NumericalSimulationofTemperatureandStressFieldinWeldingTrailingBasedontheFiniteElementAuthor：longYuSupervisor：Mayue-jinMajor：AgriculturalMechanizationEngineeri

5、ngAbstractWeldingiSacomplicatedphysicochemicalprocesswhichinvolvesinelectromagnetism，heattransferring，metalmeltingandfreezing，phase-changeweldingstressanddeformationandSOon．However，theoverwhelmingmajorityweldingprocessallcanengendercomplexweldingresidualstress，cra

6、ck，blowholeandSOonintheworkpart，whichreducetheweldingstructureperformance，andaffecttheweldingquality．Hammerpeeningisakindofveryeffectivemethodrelievingweldingresidualstress，whichwasappliedwidelyinengineering．However,theresearchofhammerpeeningCanfarmeetitsapplicati

7、onsinpractice．Ifweldingprocesscanbesimulated、^，i氇computer,obtainedweldingtemperaturefieldandstressfieldatdifferenttimes，thencanofferpositionandoccasionofhammerpeeningfortheweldwithtrailingpeening．Basedonsummingupother’Sresearch，employingnumericalcalculationmethod，

8、discussedthefiniteelementanalyticalsystemoftheweldingprocess，expoundthenumericalsimulationmethodandbasictheoryoftemperaturefieldandstressfieldinweldingp