焊接过程及残余应力消除的热力耦合研究.pdf

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1、焊接过程及残余应力消除的热力耦合研究刘迁2015年12月中图分类号：TG404UDC分类号：531焊接过程及残余应力消除的热力耦合研究作者姓名刘迁学院名称宇航学院指导教师荣吉利教授答辩委员会主席水小平教授申请学位工学硕士学科专业动力学与控制学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年12月CoupledThermo-mechanicalAnalysisofWeldingProcessandResidualStressRelievingCandidateName：LiuQianSchoolorDepartment:School

2、ofAerospaceEngineeringFacultyMentor:Prof.RongJiliChair,ThesisCommittee：Prof.ShuiXiaopingDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：DynamicsandControlDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：December,2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，

3、文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要焊接是一个涉及到电热学、力学的复杂过程，焊接质量的好坏直接关系到结构的安全性能。由于焊接过程是一个高度集中的瞬时热输入过程，焊接部件会不可避免的产生残余应力和变形。焊接残余应力的大小和分布会严重影响焊接结构的强度和使用寿命。因此，搞清楚焊接结构

4、的焊后残余应力分布情况，并采取相应措施对残余应力进行消除具有十分重要的现实意义。随着计算机技术的快速发展和焊接数值模拟理论的日趋成熟，采用有限元方法对焊接过程进行数值计算已成为目前研究焊接残余应力的重要手段。本文以ABAQUS有限元软件为工具，采用参数化建模和编制热源子程序的方法，以某型号导弹发射车上的托架端部连接器为研究对象，对连接器焊接过程中的热力耦合问题进行研究，计算得到连接器模型的焊后残余应力分布，并采取热时效方法对焊接件的残余应力进行消除。文章研究的主要内容包括：（1）利用文献中的实验数据开展相应的平板焊接过程的数值

5、模拟，计算得出平板结构的焊后温度场分布，提取模型中指定位置结点的热循环曲线，并与文献中实际测得的实验数据对比，从而验证使用ABAQUS软件求解焊接问题的仿真结果是真实可信的。（2）建立连接器的有限元模型，对模型中的对接焊和搭接焊共七条焊缝的焊接过程分别进行数值模拟，并对计算结果进行数据分析，最终得到了整个连接器的焊后残余应力分布情况。（3）采用热时效工艺对连接器的焊后残余应力进行消除，制定不同的热时效方案并对计算结果进行对比分析，得出最佳的热时效温度，相关结论对今后的实际工程具有一定的指导意义。关键词：Q345钢；对接焊；搭接

6、焊；残余应力；数值模拟；热时效I北京理工大学硕士学位论文ABSTRACTWeldingisacomplicatedprocessinvolvingelectricandmechanical,weldingqualityisdirectlyrelatedtothesafetyperformanceofthestructure.Duetotheweldingprocessisahighlycentralizedandinstantaneousheatinputprocess,weldingcomponentwillinevitab

7、lyproduceresidualstressanddeformation.Thevalueanddistributionofweldingresidualstresscanseriouslyaffectthestrengthandservicelifeoftheweldedstructure.Asaresult,toclearupthepost-weldingresidualstressdistributionoftheweldedstructureandtakecorrespondingmeasurestoeliminat

8、eresidualstresshaveveryimportantrealisticmeaning.Withtherapiddevelopmentofcomputertechnologyandnumericalsimulationofwelding,numericalcompu