面向焊接顺序优化的焊接变形仿真技术基础研究

摘要

目前，有限元仿真技术在焊接温度场、应力场与变形模拟等方面得到了广泛应用。本文以三种典型结构焊接变形仿真为研究对象，在考虑温度场和应力场对其变形影响基础上，对焊接顺序进行了优化研究。最后，基于VC++和Ansys开发出焊接变形预测系统。
　　 本文的主要内容和取得的成果如下：
　　 (1)建立了薄板焊接有限元模型，基于生死单元技术获得了焊接温度场和应力场分布以及变形规律，其中变形结果得到文献验证。并基于正交试验设计对薄板焊接变形仿真进行分析，得出焊接工艺参数（焊接电流、焊接速度和环境温度）对其最大焊接变形量的影响规律，指出焊接电流和焊接速度是影响焊接变形的重要因素。
　　 (2)针对T型钢焊接，设计六种焊接方案，对其进行温度场、应力场和变形仿真，结果表明其主要变形方式为纵向和横向的弯曲角变形。因此以该结构最大变形量、底板长度方向和宽度方向变形量为依据进行焊接顺序优化，得出T型钢对称焊接时，其变形最小。
　　 (3)针对带隔板双槽钢焊接梁，设计三种焊接方案，对其进行温度场、应力场和变形仿真，以该结构最大变形量、底板长度方向、宽度方向和高度方向变形量为依据进行焊接顺序优化，得出方案二为最优方案。并对这三种焊接方案进行理论分析，结果一致。
　　 (4)基于VC++和Ansys开发出焊接变形预测系统。其功能是将焊接物理参数和有限元仿真控制参数写入APDL语言文件，最后调用Ansys软件执行APDL程序，从而进行预测。