基于有限元法的薄板焊接数值模拟研究

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焊接作为现代制造成型工艺中的重要流程,是一种通过加热、加压等方法,同时添加(或不添加)填充材料所形成的不可拆卸结构,或者是通过在金属材料的表面堆敷一层或多层用于防腐、耐磨的结构。在众多焊接结构中,薄板因其重量轻、工艺性能好、联接方便等优点,广泛地应用于各种类型的结构中。但是薄板焊接时极易因受到高度集中的热输入作用而产生变形,且焊缝往往是焊接结构失效发生的主要部位,这使得薄板较中厚板的焊接难度大。因此,对于焊缝处的温度及应力研究对于有效地防止焊接结构失效的发生、提高焊接质量和保障焊接结构使用的安全性具有极其重要的实际意义。本文对于薄板焊接过程中温度波动较大的焊缝区域进行了温度场、应力场及工艺因素与温度分布关系的研究。主要以有限元的方法为理论基础,依托大型有限元分析软件ANSYS,编写了APDL命令,依次通过建立三维的焊接有限元模型、合理地划分网格和边界条件的加载等步骤,对薄钢板进行了焊接数值模拟,并对焊缝处的温度、应力及变形进行了分析。得出:焊接刚开始时,焊缝处节点升温很快,高温主要集中在热源部位,但是在焊接进行到一定程度,节点温度基本不再变化,趋于稳定;在其它焊接工艺参数一定的条件下,热输入、焊接速度和有效加热半径对焊缝区的温度的分布均产生了较大的影响。可以据此确定选择焊接工艺参数的原则,即适当地降低热输入,同时提高焊接速度。
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