中厚板焊接过程温度场和应力应变场的三维数值模拟

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1、华中科技大学硕士学位论文中厚板焊接过程温度场和应力应变场的三维数值模拟姓名：王晓熙申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：胡伦骥;罗金华2002.4.29华中科技大学硕士学位论文摘要本课题对中厚板大型构件(如船体、大型钢结构)焊接过程中温度场和应力应变场的有限元分析问题进行了研究。工作以平板中间堆焊问题为例，其有限元分析基于大型通用有限元计算软件ANSYS平台完成。本文从有限元分析中的建模、温度场分析、应力应变场分析三个方面对中厚板焊接过程的三维数值模拟进行了阐述。建模方面，本课题采用两种单元结合以获得焊缝处细密、远离焊缝处粗略的·不均匀网格。出于热载荷移动的要求，针对本

2、课题采用的参数输入方法，设计出一．种算法，自动控制网格大小等于或尽量接近焊缝总长的整数分之一，解决了模拟焊接热源移动中加载不均的问题。Ⅷ度场分析时，为便于试验研究，平板沿中心线开了一道深lm的坡口，针对这一实际情况，采用高斯分布的表面热源和厚度方向的热源相结合的方案(见图3．6)，获得了满意的结果。在加载过程中采用余量控制法，保证了根掘坐标来选择节点的精确性。／应力应变场的分析，主要针对焊接热应变的高度非线性，从大应变的特殊建模、、逐步加载、求解、在模型响应中人为地抑制发散四个方面采取了一系列非线性措施，主要包括：牛顿一拉普森平衡迭代：打丌大应变效应；变步长：在控制最小子步数的

3、基础上实现自动时间分步；施加人为约束以防止整体刚性位移。计算结果与实测结果进行了对比，二者吻合良好。从计算结果中还研究了角变形在焊接和冷却过程当中的变化过程，发现角变形沿纵向并不是线性变化的，焊接·刚结束时试板沿纵向中fslfl,々角变形小于两端的角变形，冷却过程中随着整体刚度的恢复，角变形在纵向趋向于线性分靠，即在板边沿焊接方向从小到大分布。．卜～’对设计的程序用在焊接模拟的通用性上作了一定的尝试：设定了一系列形参，如焊接电压、电流、焊接速度等，可以方便的修改有关焊接工艺，并设计了交互式界面。关键词：瘅接有限j荔析数值狭拟ANs沿温度殇应芳砬变场华中科技大学硕士学位论文IIA

4、bstractInthispaper．．FEA(Finiteelementanalysis)oftemperaturefieldsandstressandstrainfieldsintheweldingoflargeKffucturesisstudiedfromthesimulationofbead-on-platewelding．Inthisproject-FEAofbead∞n巾laleweldingisbaseduponANSYS．asetofworld-famouslargescaledcomputationalFEMsoft．are．Thisthesisconsist

5、softhreeaspectsofFEA：Modeling,AnalysisofthetemperaturefieldsandAnalysis0f吐】est／essandstrainfields．AstOthemodeling．twokindsofelementswerecombinedtOgettheuneven面dsofmeshes．InordertOmovethethermalloads，akindofalgorithmisdesignedtOcontrolthesizeof卯dUsingthealgorithm．theproblemofunevenloadsduring

6、themovingofweldingheatsourcewassolved．AstOtheanalysisoftemperaturefields．combinationoftheGaussianloadsandtheloadsalongthedepthwasusedtoconsidertheactualflutealongthecenterlineofworkpiece．whichgotagoodresult．Duringtheloadinghistory．theovermeasl．1l_ewascontrolledtOensl／retheprecisionofnodessel

7、ection．AstOtheanalysisofStressandSwainfields．becauseofthehighnon／ineurit)，ofthethermalstraininwelding,aSe／．iesofnonl‘／-oeasureshavebeenadoptedinfouraspects：

8、m'gedeformationeffects：steppedloading；solution：artificialinhibitionofthedivergenceinmodel’S