焊接应力和变形的数值模拟研究

摘要

焊接是一个牵涉到电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程.焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力与变形等等.要得到一个高质量的焊接结构必须控制这些因素.一旦各种焊接现象能够实现计算机模拟,我们就可以通过计算机系统来确定焊接各种结构和材料时的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参数.该文从这一点出发,在总结前人的工作基础上结合数值计算的方法,对焊接过程产生的温度场、应力场、变形以及焊后的残余应力和变形进行了三维实时动态模拟的研究,提出了基于ANSYS软件的焊接温度场、应力和变形的模拟分析方法,并针对平板堆焊问题进行了实例计算,而且计算结果与传统的分析结果和理论值相吻合.通过研究和算例验证,该文建立了可行的三维焊接温度场、应力和变形的动态模拟分析方法,为复杂焊接结构进行三维焊接温度场、应力和变形的分析提供了理论依据和指导,促进了有限元分析技术在焊接力学分析以及工程中的应用.

目录

文摘

英文文摘

第1章引言

1.1课题意义

1.2本课题的国内外动态

1.2.1焊接热分析的研究进展

1.2.2焊接应力和变形的研究进展

1.2.3有限元软件在焊接热应力分析中的应用和发展

1.2.4存在的一些问题

1.2.5目前研究的焦点和方向

1.3论文的主要工作

第2章有限元法与ANSYS软件

2.1有限元法

2.1.1有限元方法介绍

2.1.2典型分析步骤

2.2有限元软件ANSYS

2.2.1 ANSYS的功能

2.2.2 ANSYS的特点

2.2.3软件的结构

第3章焊接过程的有限元分析理论

3.1焊接过程有限元分析的特点

3.2焊接有限元模型的简化

3.3焊接温度场的分析理论

3.3.1焊接传热的基本形式

3.3.2有限元基本方程

3.3.3非线性瞬态热传导的有限元分析

3.4焊接应力和变形的分析理论

3.4.1热弹塑性分析的特点和假定

3.4.2塑性理论

3.4.3焊接热弹塑性有限元方法

第4章计算模型

4.1热源模型

4.1.1 Rosonthal的解析模式

4.1.2高斯函数分布的热源模型

4.1.3半球状热源模型和椭球型热源模型

4.1.4双椭球型热源模型

4.1.5热源模型的选取

4.2材料物理性能参数

4.3边界换热系数

4.4相变潜热

4.5高速移动热源的解析解

第5章基于ANSYS的模拟计算过程

5.1温度场的计算

5.1.1前处理

5.1.2加载计算

5.1.3后处理

5.2应力场的计算

第6章平板堆焊的模拟计算

6.1模型假设

6.2温度场的计算

6.2.1建立有限元模型

6.2.2加载计算

6.2.3计算结果及分析

6.2.4模拟结果与解析解的比较

6.3应力和变形的计算

6.3.1建立有限元模型

6.3.2加载计算

6.3.3计算结果及分析

第7章全文总结与展望

7.1全文总结

7.2研究展望

致谢

参考文献

附录