基于ABAQUS的挖掘机铲斗热-力耦合分析.pdf

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1、2013年4月机械设计与制造工程Apr．2013第42卷第4期MachineDesignandManufacturingEngineeringVo1．42No．4DOI：10．3969／j．issn．2095—509X．2013．04．OO4基于ABAQUS的挖掘机铲斗热一力耦合分析黄莉(江苏省产品质量监督检验研究院，江苏南京210007)摘要：建立了挖掘机铲斗几何模型，采用有限元的思路，使用大型有限元软件ABAQUS对其焊接动态过程进行数值模拟。考虑到材料的力学性能，以热一弹塑性分析为基础。通过热一力场间接耦合，把温度场耦合到应力场中，对焊接过程

2、等效应力场、瞬时等效应力、焊接道次间等效应力、残余应力进行了分析，获得了焊接过程的应力场具体分布情况。关键词：焊接；ABAQUS；热一力耦合；应力场中图分类号：TG402文献标识码：A文章编号：2095—509X(2013)04—0014—06焊接过程中的应力应变及焊接后的残余应力和残余变形，是影响焊接裂纹和焊接接头性能的重要因素。焊接应力应变的数值模拟分析一般包括焊接动态应力应变、焊接残余应力和残余应变。研究焊接应力和变形的数值方法有许多，如固有应变法、基于热弹塑性有限元分析、考虑相变与热应力耦合效应等⋯。2O世纪90年代以来，国内外学者图1温度

3、场、应力应变场与显微组织状态场的相互影响对焊接的仿真模拟做了大量研究工作。Shim等人采用基于平面应变热弹塑性的有限元法，对不同的从图1可以看出，焊接的温度场和金相显微组坡口形状所产生的焊接残余应力进行了各种分析织对焊接应力应变的影响比较大，反过来的影响却区别-3J。Shan等人采用3D有限元模型对试验很小，因此在分析焊接过程的时候，一般只考虑单进行了验证，并成功预测了残余应力的分布H]。向耦合关系，就是焊接温度场和金相显微组织对焊梁晓燕建立了双热源模型，选取了不同方向来观察接应力应变场所起的影响，不考虑反作用影响。本其残余应力，获得中厚板的变形量

4、，计算结果与实文所研究的是高强钢HG70焊接结构的温度场和测数据结果相差不大J。从以上研究可以看出，应力分布规律，一般对高强钢而言，由于在冷却过焊接数值分析取得了一定的成果，不过大型构件还程中的相变发生在较低温度，所以需要考虑相变对有待做进一步研究。焊接应力应变过程的影响，不过与相变时的体积膨本文针对挖掘机铲斗体，运用ABAQUS软件胀相比，对残余应力的影响就显得很小，因而没有对其焊接过程进行数值仿真，试图获得焊接过程的考虑相变潜热对残余应力的影响]。动态应力场和残余应力，用于指导实际生产。采用顺序耦合热应力分析的方式对焊接应力场求解，用Pytho

5、n语言编写热源程序，将铲斗体1有限元模型建立的温度场和应力场进行耦合，且温度场计算结果作焊接的整个过程变化复杂，在利用有限元进行为应力场分析预定义场，铲斗体中焊接温度场对焊焊接热力学模拟时，一般以温度场、应力场、变形和接残余应力的影响比较大，不过焊接应力场对温度组织之间的互相影响为考虑对象，忽略其他因素，场的影响比较小，求解流程如图2所示。它们的相互关系可简化成图1，图中实线表示强烈1．1网格划分的影响关系。虚线表示较弱的影响关系。铲斗体的几何模型如图3所示，焊缝长度约为收稿日期：2o13一Ol一22作者简介：黄莉(1967一)，女，江苏南京人，江

6、苏省产品质量监督检验研究院高级工程师，主要从事产品质量检验及质量管理方面的工作。·14·2013年第4期黄莉：基于ABAQUS的挖掘机铲斗热一力耦合分析[9]李靖．大型船体焊接变形仿真技术研究及其应用[D]．上海：上海交通大学，2011TheThermal——mechanicalCouplingAnalysisofExcavatorBucketBasedonABAQUSHUANGLifJiangsuProvincialSupervising&TestingResearchInstituteforProductsQuality，JinagsuNanj

7、ing，210007，China)Abstract：Itestablishesthegeometricmodeloflargehydraulicexcavatorbucket，andsimulatesitsweldingprocessinABAQUS．Basedonthemechanicalpropertiesofmaterials，itproposesthestressanalysisofthebuck—etandthethermal—mechanicalcoupling，showsthedetailaboutthetemperaturefiel

8、dcouplingwithstressfield，illustratesthedynamicstressfieldofwe