鋼結(jié)構(gòu)十字形節(jié)點(diǎn)固有應(yīng)變的

第1章課題的研究歷史與現(xiàn)狀1.1課題研究背景20世紀(jì)40年代，前蘇聯(lián)的奧凱爾勃洛姆就對(duì)焊接變形與應(yīng)力的起因和分類(lèi)進(jìn)行了研究，建立了確定焊接變形和應(yīng)力的理論方法。但是焊接涉及的諸多現(xiàn)象和參數(shù)都是瞬時(shí)、不均勻分布和強(qiáng)烈非線(xiàn)性的，因而無(wú)法對(duì)焊接過(guò)程給出精確描述。早期的研究都進(jìn)行了很大程度的簡(jiǎn)化，以溫度場(chǎng)為基礎(chǔ)，對(duì)材料、幾何和工藝參數(shù)進(jìn)行一定假設(shè)，在特定的條件下進(jìn)行分析，并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)理論分析的結(jié)果進(jìn)行修正。多年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者和專(zhuān)家對(duì)焊接變形與應(yīng)力進(jìn)行了大量的研究。特別是近年來(lái)隨著數(shù)值方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，許多原來(lái)難以解決的問(wèn)題有了實(shí)現(xiàn)的可能，也取得了不少研究成果。從最初的解析法，到現(xiàn)在常用的熱彈塑性法、固有應(yīng)變法，都離不開(kāi)計(jì)算機(jī)和有限元理論的發(fā)展。理論上對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行有限元分析可以采用更復(fù)雜的理論和模型，并考慮多種過(guò)程的耦合效應(yīng)，其中所涉及的參數(shù)也可更加接近生產(chǎn)實(shí)際，從而分析復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)的焊接過(guò)程，得到相當(dāng)精確的數(shù)值解。對(duì)焊接變形的控制也取得了較大的進(jìn)展，盡管實(shí)際生產(chǎn)中仍以經(jīng)驗(yàn)性的工藝措施為主，但是已經(jīng)出現(xiàn)了一些理論性的研究，并且取得了較為精確的數(shù)值模擬成果。1.2焊接變形預(yù)測(cè)焊接中常用的電弧焊是一個(gè)不均勻的、以一定速度移動(dòng)的加熱和冷卻過(guò)程。在此過(guò)程中，在不同的瞬時(shí)，有些點(diǎn)有著不同的溫度分布，既不同的焊接熱循環(huán)。這種情況使物體產(chǎn)生熱脹冷縮這一簡(jiǎn)單的物理現(xiàn)象，在被焊的結(jié)構(gòu)中，產(chǎn)生了復(fù)雜的熱力學(xué)過(guò)程:在構(gòu)件截面是出現(xiàn)了彈性區(qū)、彈塑性區(qū)、塑性區(qū)。由于在加熱過(guò)程中有塑性的壓縮變形，因此在焊接過(guò)程終了溫度恢復(fù)到原來(lái)的溫度時(shí)，結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生了焊接應(yīng)力，同時(shí)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了畸變，即焊接變形。早在20世紀(jì)20年代，有限元方法就開(kāi)始用于預(yù)測(cè)焊接變形。有限元理論經(jīng)過(guò)了50年特別是近30年的發(fā)展，它的基本理論和方法已經(jīng)比較成熟，成為當(dāng)今工程技術(shù)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛，成效最為顯著的數(shù)值分析方法。在焊接領(lǐng)域中，有限元方法不僅可以用來(lái)預(yù)測(cè)焊接變形，還可以用于模擬焊接溫度場(chǎng)、焊接殘余應(yīng)力和影響區(qū)組織等的預(yù)測(cè)。以下是常用的幾種分析焊接變形的有限元理論：1.2.1熱彈塑性有限元理論這是應(yīng)用最為廣泛的焊接過(guò)程計(jì)算方法，涵蓋了焊接過(guò)程的各個(gè)方面。包括不同的焊接類(lèi)型、焊接材料和接頭形式，既用于對(duì)焊接變形的分析，也用于分析殘余應(yīng)力、裂紋、疲勞和斷裂等。分析中的熱源通常簡(jiǎn)化為點(diǎn)、線(xiàn)、面熱源。常用的熱源類(lèi)型有高斯函數(shù)、半球狀分布函數(shù)、橢球形分布函數(shù)、雙橢球形分布函數(shù)等。材料的熱物理性能參數(shù)都設(shè)為溫度的函數(shù)，具體的函數(shù)關(guān)系由試驗(yàn)確定。熱彈塑性有限元分析的缺點(diǎn)是運(yùn)算量很大，特別是對(duì)大型構(gòu)件和復(fù)雜結(jié)構(gòu)，有些即使能夠分析也很不經(jīng)濟(jì)，有些則不得不采用其他的簡(jiǎn)化方法。1.2.2考慮相變與各種耦合效應(yīng)的有限元理論[6]等在焊接應(yīng)變場(chǎng)分析的總應(yīng)變率中計(jì)入了相變應(yīng)變率。提出了一個(gè)改進(jìn)的點(diǎn)焊有限元模型，綜合了傳熱、電場(chǎng)、熱彈塑性、接觸、相變等特征以及各特征的相互作用，并進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證，得到了與實(shí)際非常吻合的結(jié)果。1.2.3粘彈塑性有限元理論HANied[6]采用粘塑性以及對(duì)應(yīng)變率敏感的材料模型建立了有限元方程，根據(jù)Prandtl2Reuss流動(dòng)法則和VonMises屈服條件建立了粘彈塑性有限元方程，用于計(jì)算奧氏體鋼的焊接熱應(yīng)力和變形，所得結(jié)果與試驗(yàn)吻合很好。YUeda導(dǎo)出了指數(shù)和冪函數(shù)蠕變應(yīng)變率下粘彈塑性有限元分析的各個(gè)表達(dá)式。如果考慮蠕變現(xiàn)象，采用熱粘彈塑性有限元方法，提出一個(gè)評(píng)價(jià)局部焊后熱處理效果的直接方法，研究表明蠕變行為對(duì)局部焊后熱處理過(guò)程中的熱應(yīng)力產(chǎn)生有著重要的影響。1.2.4殘余塑性應(yīng)變有限元理論焊接時(shí)焊縫及其附近材料的熱膨脹受到附近低溫材料拘束，產(chǎn)生大量的壓縮塑性應(yīng)變，冷卻后形成殘余塑性應(yīng)變，其大小和分布決定了最終的殘余應(yīng)力和變形。因此如果知道了殘余塑變的大小和分布，就可以通過(guò)一次彈性分析求得整個(gè)構(gòu)件的焊接應(yīng)力和變形。問(wèn)題的關(guān)鍵是如何確定殘余塑變。在殘余塑變法的基礎(chǔ)上發(fā)展的固有應(yīng)變法，其最大的優(yōu)點(diǎn)在于可以避開(kāi)運(yùn)算量極大的熱彈塑性分析。近年來(lái)上海交通大學(xué)的汪建華教授運(yùn)用該方法進(jìn)行了大量的研究工作，取得了豐碩的成果。1.2.5利用相似理論票運(yùn)用相似理論隱可以將模型試聰驗(yàn)和數(shù)值模擬肅方法結(jié)合起來(lái)揉，按照相似關(guān)響系對(duì)焊接構(gòu)件佛進(jìn)行一定轉(zhuǎn)換張，減小復(fù)雜性此后再進(jìn)行數(shù)值涼計(jì)算總。賺清華大學(xué)的扭蔡志鵬具教授熄等研究了相似酒理論在焊接溫襲度場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)推變場(chǎng)以及預(yù)測(cè)恰焊接變形等方剩面的應(yīng)用襖。梨推導(dǎo)了溫度場(chǎng)囑和高斯熱源的務(wù)相似準(zhǔn)則，并魚(yú)得到模型與實(shí)桌際構(gòu)件焊接殘地余變形的相似著關(guān)系式留。蹄在實(shí)際生產(chǎn)中墊，因?yàn)槭艿胶搁T(mén)接條件的限制殺，模型與實(shí)物柄間的相似準(zhǔn)則箭很難同時(shí)滿(mǎn)足怒，而且對(duì)二者膚之間準(zhǔn)確的對(duì)村應(yīng)關(guān)系還缺乏窩足夠的研究，專(zhuān)因此應(yīng)用受到油很大限制厚。章蓮欺扒人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)峰理論代大連理工大學(xué)夾的址劉黎明躲[22]借等采躁用祥B貪P伶網(wǎng)絡(luò)研究了軍杏用船舶高強(qiáng)鋼鮮手工焊接過(guò)程濟(jì)中焊接變形的傲規(guī)律。所用網(wǎng)斥絡(luò)焰為大4×6×2艘頭三層結(jié)構(gòu)，輸琴入層添有蜜4己個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別如代表焊接電流肉、板材厚度、額焊接順序和焊臘腳尺寸，中間旁層有弦6若個(gè)節(jié)點(diǎn)，輸出濕層有鋪2貼個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別曠代表鋼結(jié)構(gòu)的杏凹、凸最大變鐵形。使候用廊4洗5乓組數(shù)據(jù)，經(jīng)貼過(guò)黨5酸0錫萬(wàn)次以上訓(xùn)練泊后，網(wǎng)絡(luò)趨于眠穩(wěn)定。隨后進(jìn)服行了試驗(yàn)驗(yàn)證沿，傭表明所建立網(wǎng)漢絡(luò)的可行性烤。譽(yù)1.期3懷焊接變形產(chǎn)生臘的原因及影響使因素捏影響焊接變形勇的主要因素唯[23]襯有焊接熱輸入彎量，焊接件板裂厚，熔深形狀獵及拘束條件等趕。大型焊接結(jié)方構(gòu)在組裝中的船變形還受焊接塘件之間產(chǎn)生的雕間隙、錯(cuò)邊及酬焊接順序等因戒素的影響。在按多層焊中，焊詢(xún)接變形還受到樣焊道順序，預(yù)倘熱溫度及層間掩溫度等因素的抹影響。益影響焊接變形蛋的因素很多，播可以綜述為以埋下幾個(gè)方面：取1冒、焊縫在結(jié)構(gòu)需中的位置振。籮焊縫在結(jié)購(gòu)中勸布置的不對(duì)稱(chēng)滴，是造成焊接甲結(jié)構(gòu)彎曲變形巡的主要因素。勞2映、焊接結(jié)構(gòu)的回剛性和幾何尺掘寸允。劑3扎、焊接結(jié)構(gòu)的哈裝配順序圣。換4非、影響焊接變賤形的因素還包擔(dān)括焊接工藝耕、島焊接方法稅和沾材料特性等。紅1.4癢奴課題當(dāng)前研究瞎中存在的問(wèn)題徑醒鍬佳焊接變形數(shù)值苗模擬熔目前在焊接變注形數(shù)值模擬中漏還存在幾個(gè)主吊要的問(wèn)題狹[4]喪：播1覺(jué)、材料的熱物多理性數(shù)據(jù)不足誤。許多材料的平熱物理性質(zhì)數(shù)較據(jù)在高溫特別興是在接近熔化什態(tài)時(shí)還是空白疼，某些材料僅化有室溫?cái)?shù)據(jù)，勉這就給非線(xiàn)性悉計(jì)算帶來(lái)了困串難。嚷2柳、熱源分布參蜂數(shù)的確定。電嘴弧熱流通常采葬用高斯分布的瑞形式追，芹A.Gold抹a貓k場(chǎng)則提出了一個(gè)獸雙橢球的模型鋒。此外對(duì)于角筆焊縫、坡口焊肯縫、銅多層蕩焊縫等的熱源綢分布形式也須旅進(jìn)一步地研究例。壺3商、焊接熱源熱晃效率和有效半膨徑的選取。電曾弧的有效加熱傳半徑及熱量分涌布形式與焊接悅方法和參數(shù)有瘡關(guān)，其選取也越是提高計(jì)算精染度的問(wèn)題之一圈。目前這方面拴的資料比較分剩散，出入較大割，須根據(jù)實(shí)際五焊接情況慎重跨選擇。傅4三、焊接熔池的億處理。焊接熱瞞傳導(dǎo)分析一般鏈基于固體導(dǎo)熱妻微分方程，沒(méi)丙有考慮焊接熔穿池內(nèi)部液態(tài)金做屬的對(duì)流傳熱談特點(diǎn)。通常這市種方法對(duì)于焊儲(chǔ)接冶金分析以述及焊接力學(xué)行恰為的分析已經(jīng)潑有一定的精度彩。但如果需要朝精確地研究熔曬池的形狀和尺勝寸以及內(nèi)部的權(quán)熱傳導(dǎo)過(guò)程，量那么必須進(jìn)行栗焊接熔池中流春體力學(xué)狀態(tài)的心分析。臨田沈緩焊接力學(xué)模型買(mǎi)如何精確的反齡映真實(shí)的結(jié)構(gòu)擋特性是科學(xué)預(yù)榨測(cè)變形的關(guān)鍵婦之一。焊接模召型的建立除了灘考慮精確的因吩素外，經(jīng)濟(jì)性骨也是不容忽視損的。田Masubu買(mǎi)ch鳴[4]軌指出螞，魯雖然有限元技司術(shù)能夠模擬焊乎接工藝中的大群部分過(guò)程，但每是在研究實(shí)際犯結(jié)構(gòu)焊接殘余巾應(yīng)力和變形時(shí)雹仍然存在著許熱多缺點(diǎn)妄。燭Painte奮r階等指出存，嘩通常使用數(shù)值類(lèi)模擬的目的是逗過(guò)程模擬和過(guò)建程理解，然而懲這兩個(gè)不同的輔研究目標(biāo)也影宏響了整個(gè)的模賺擬的戰(zhàn)略典型珠過(guò)程，模擬趨羨向于迅速、交幸互和大約的方或法，過(guò)程理解絮則要求復(fù)制整花個(gè)過(guò)程的物理州現(xiàn)象，后一過(guò)倘程的時(shí)間、成把本和復(fù)雜程度座多于前者。在價(jià)船舶制造、航殲空航天和車(chē)輛壽制造中存在大過(guò)量結(jié)構(gòu)復(fù)雜和孟尺寸較大的焊窗接構(gòu)件，采用撐熱彈塑性法時(shí)摟為保證計(jì)算精春度和迭代的收公斂性，需要對(duì)艦網(wǎng)格的劃分和膏時(shí)間步長(zhǎng)的選針取進(jìn)行最優(yōu)化辟設(shè)計(jì)沒(méi)，對(duì)于大型復(fù)垮雜結(jié)構(gòu)，計(jì)算贏用時(shí)和數(shù)據(jù)處怠理量的大大增輛加對(duì)計(jì)算機(jī)的姓速度和容量也耀提出了更高的尾要求，往往超償出了實(shí)際能夠匹承受的程度，步因而在實(shí)際結(jié)庭構(gòu)分析中并不液實(shí)用。件例如例[8]拆：一個(gè)封900mm慣長(zhǎng)的研T迅型梁焊接結(jié)構(gòu)涉劃分毫為早700猶0遼個(gè)跳單元時(shí)筋用塊ANSY塔S員軟件進(jìn)行熱彈宮塑性分析，當(dāng)售計(jì)算步長(zhǎng)先為劍0.抓1欄秒時(shí)，整個(gè)熱駱?lè)治龊徒Y(jié)構(gòu)分等析需務(wù)要南240鹿小時(shí)錄的計(jì)算時(shí)間號(hào)，懼而對(duì)于更大尺投寸和采用更抹小仇單元的焊接結(jié)仍構(gòu)進(jìn)行分析將辮需要更多的計(jì)集算時(shí)間。因此仆焊接預(yù)測(cè)方法厲的選擇不僅要燭考慮計(jì)算精度濫，而且也要考財(cái)慮運(yùn)算時(shí)間和送模擬的復(fù)雜程瞞度?；诂F(xiàn)有盜的計(jì)算機(jī)硬件隨條件，如何對(duì)輛模型優(yōu)化設(shè)計(jì)垂也是一個(gè)重要孤的研究方向。莫為此，面向工蕉程應(yīng)用的焊接烈力學(xué)模型逐漸繩被一些研究者使重視起來(lái)。趣本文采取了多蚊種措施，包括聚分層網(wǎng)格稀疏蘿化，步長(zhǎng)加大休等，最終計(jì)算碗過(guò)程持續(xù)謠了憲6訂小時(shí)什。滲1.5驅(qū)科國(guó)內(nèi)外研究成負(fù)果吧近二十年來(lái)，淚國(guó)內(nèi)外在焊接端數(shù)值模擬領(lǐng)域捏取得了許多的崗成果。國(guó)際上裳有，大阪大學(xué)帆的上田辛雄肥[5]亭教授在焊接熱否彈塑性理論方轎面的豐碩成果魂，并創(chuàng)建盟了膏“缺計(jì)算焊接力腸學(xué)益”拋的新興學(xué)科。測(cè)美革國(guó)群MI弦T澇的處K.Masu全buch島i粱教授在焊接殘活余應(yīng)力和變形鈴以及焊接結(jié)構(gòu)采分析方面有深戚入的研究。日亦本處的牽A.Mats心unaw四a連和偵M.Ushi軟o翻教授在焊接熔宣池和電弧物理插方面有深入分叔析。圓國(guó)聰內(nèi)在焊接傳熱約、熱彈塑性應(yīng)全力分析、輔助芳熱源影響焊縫斑應(yīng)變規(guī)律的數(shù)烏值分析、組織敞性能預(yù)測(cè)和氫澆擴(kuò)散方面進(jìn)行膀了許多的研究液。慘今后焊接發(fā)展兼要考慮以下新冶的研究方向：漁先進(jìn)的新型材策料的連接問(wèn)題燃，這種先進(jìn)材峰料不是常規(guī)冶往金方法生產(chǎn)，童而是用特殊工醫(yī)藝制造，如急肺冷非平衡合金森的非晶態(tài)材料帽、納米材料、躬金屬間化合物旨、工程陶瓷以里及復(fù)合材料等血。上述材料不柴能用熔焊方法開(kāi)，而需要用特激殊連接方法解念決，這要求墳技術(shù)碰創(chuàng)新，難度很樹(shù)大，有很多科桃研工作要做吵；套另一方面，現(xiàn)場(chǎng)有的蟻焊接慰變形的控制方象法多是被動(dòng)式權(quán)的，也就是在要出現(xiàn)變形以后儀再想辦法消除碑。因此，發(fā)展僚焊接過(guò)程的檢瞎測(cè)技術(shù)騙、牛開(kāi)展對(duì)焊接過(guò)痰程的實(shí)時(shí)監(jiān)控坡，對(duì)焊接變形蘇實(shí)施主動(dòng)控制拴是一個(gè)重要的瀉研究滑方向。屬目前在單元開(kāi)鞏發(fā)技術(shù)、網(wǎng)格咸劃分技術(shù)、并丑行計(jì)算和分布閥式并行處理方唇面的研究也是判一個(gè)熱點(diǎn)。萌1.6揚(yáng)膀本論文的主要熟工作繼本文主要是采懷用助ANSYS密10.0嶄軟件，建立熱掠彈塑性有限元趙模型，采用固睡有應(yīng)變理論來(lái)壟預(yù)測(cè)鋼結(jié)構(gòu)十隙字形節(jié)點(diǎn)的固志有應(yīng)變客。憑以此來(lái)驗(yàn)證軟舟件和理論的有放效性。怎所做的具體工漸作有：富1春、查閱熱彈塑租性有限元法及音固有應(yīng)變法資務(wù)料，學(xué)習(xí)熱力師學(xué)知識(shí)。如2寄、學(xué)習(xí)矩陣位濾移法及有限元親程拌序戚ANSY言S壯。洞3罷、通過(guò)有限元夢(mèng)的方法對(duì)鋼結(jié)及構(gòu)十字形節(jié)點(diǎn)筍的三維溫度場(chǎng)炎進(jìn)行模擬分析腐得到其溫公度場(chǎng)分布責(zé)。損4辦、根據(jù)溫度分侍布計(jì)算焊接記熱應(yīng)力何。彼5椒、喜計(jì)算得到最終應(yīng)的焊接變形惰。普6腔、計(jì)算固有應(yīng)旺力。坐7防、與同類(lèi)坡研究艘作比較，找出帥相同和不同之峰處并做小結(jié)。裝1.7親送本章小結(jié)膛研究固有應(yīng)變讓的最終目的是善為了柴預(yù)測(cè)說(shuō)焊接變形滔、熱控制變形，將礦其盡量減少甚你至完全消除。汪從目前的情況勇以及發(fā)展的趨兼勢(shì)來(lái)看停，愁僅靠經(jīng)驗(yàn)型的慰變形西控制方法是無(wú)慶法滿(mǎn)足生產(chǎn)需逝要的，只有進(jìn)捷行深入和系統(tǒng)列性的理論研究駝，才能有根本夕的改觀歸。限數(shù)值模擬在焊策接領(lǐng)域的運(yùn)用沈，為解決焊接挎殘余應(yīng)力和變攜形這一難題帶括來(lái)了新思路和骨新方法。已有的的研究成果使盲我們對(duì)復(fù)雜的疫焊接變形規(guī)律望和本質(zhì)有了進(jìn)盈一步深入的視認(rèn)識(shí)垮。隨著計(jì)算機(jī)恩硬件環(huán)境的不辜斷提高示、軟件技術(shù)和追數(shù)值模擬方法你的改進(jìn)、匪大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)恢焊接殘余應(yīng)力景和變形的數(shù)值癢模擬技術(shù)全面幻運(yùn)用于實(shí)際生舅產(chǎn)，縱并用來(lái)指導(dǎo)設(shè)啦計(jì)，制定最優(yōu)廟焊接工藝的愿賤望在不久的將蘿來(lái)定會(huì)得以實(shí)餐現(xiàn)。柄第住2撇章訊牢榮熱彈塑性有限失元理論欄2.1委弊斯熱彈塑性有限擠元法概述受圖普架有限元法介紹亦把物理結(jié)構(gòu)分份割成不同大小培、不同類(lèi)型的女區(qū)域，這些區(qū)帶域就稱(chēng)為單元獲。根據(jù)不同分節(jié)析究方法悄，推導(dǎo)出每一姿個(gè)單肌元雨的作用力方程亮，組集成整個(gè)壇結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)方蝕程，最后求解啄該系統(tǒng)方程，蠻就是有限元法江。簡(jiǎn)單地說(shuō)，臉這撐有限元法是一掛種離散化的數(shù)饒值方法。離散輸后的單元與單妥元間只通過(guò)節(jié)牽點(diǎn)相聯(lián)系，所昏有力和位移都教通過(guò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行歐計(jì)算。對(duì)每個(gè)乏單元，選取適融當(dāng)?shù)牟逯岛瘮?shù)曬，使得該函數(shù)折在子域內(nèi)部、獸自語(yǔ)分界面上覺(jué)以及子域與外床界分界面上都饑滿(mǎn)足一定的條聲件儀，裕然后把所有單暖元的方程組合女起來(lái)，就得到陵了整個(gè)結(jié)構(gòu)的革方程。求解該驅(qū)方程，就可以孟得到結(jié)構(gòu)的近馳似解。庭離散化是有限近元方法的基礎(chǔ)潤(rùn)。必須依據(jù)結(jié)曲構(gòu)的實(shí)際情況丙，決定單元的求類(lèi)型、數(shù)目、熔形狀、大小以項(xiàng)及排列方式。乒這樣做的目的粒是將結(jié)構(gòu)分割警成足夠小的單捷元，使得簡(jiǎn)單咳位移模型能夠胖足夠近似地表鑰示精確解。同擱時(shí)匙又不能太小，瓦否則計(jì)算量很嫌大。從刻無(wú)功有限元分析的哥步驟飲有限元分析的逮主要步驟環(huán)[24]帥如下：夢(mèng)1悟、槳連續(xù)體的離散辭化。將給定的司物理系統(tǒng)分割撿成等價(jià)的有限會(huì)單元系統(tǒng)。一密維結(jié)構(gòu)的有限晶單元為線(xiàn)段，經(jīng)二維連續(xù)體的魔有限單元為三尺角形、四邊形得，三維連續(xù)體叮的有限單元可之以是四面體、哭長(zhǎng)方體或六面差體。各種類(lèi)型爛的單元有其不車(chē)同的優(yōu)缺點(diǎn)。階根據(jù)實(shí)際應(yīng)用枕，發(fā)展出了更學(xué)多的單元，最云典型的區(qū)分就聚是有無(wú)中節(jié)點(diǎn)濁。應(yīng)用時(shí)必須杯決定單元的躍和排列方式，桐以便能夠合理挪有效地表示給寨定的物理系統(tǒng)頭。煙2把、厭選擇位移模型宗。假設(shè)的位移梅函數(shù)或模型只早是近似地表示剝了真實(shí)位移分狀布戚。通常假設(shè)位逐移函數(shù)為多項(xiàng)躁式，最簡(jiǎn)單情屯況為線(xiàn)性多項(xiàng)踐式。實(shí)際中俘沒(méi)有一種多項(xiàng)恢式能夠與實(shí)際勇位移完全一致拐。用戶(hù)所要做管的是選擇多項(xiàng)堅(jiān)式的階次，以托使其在可以承伏受的計(jì)算時(shí)間匙內(nèi)達(dá)到足夠的暈精度。此外，減還需要選擇表哲示位移大小的窮參數(shù)，它們通為常是節(jié)點(diǎn)的位挨移，但也可能形包括密節(jié)點(diǎn)位移的導(dǎo)負(fù)數(shù)。嘉3纏、裹用變分原理推訂導(dǎo)單元?jiǎng)偠染卣骊嚒卧獎(jiǎng)偠雀本仃囀歉鶕?jù)最途小位能原理或慌者其它原理，受由單元材料和捆幾何性質(zhì)導(dǎo)出刃的平衡方程系嫂數(shù)構(gòu)成的。痛單嬌元?jiǎng)偠染仃噷⒓徆?jié)點(diǎn)位移和節(jié)富點(diǎn)力聯(lián)系起來(lái)味，物體受到的寺分布力變換為非節(jié)點(diǎn)處的等價(jià)撓集中力。剛度駁矩陣覽、震節(jié)點(diǎn)力向量脾和節(jié)點(diǎn)位移向指量向的平衡關(guān)系表偏示為線(xiàn)性代數(shù)知方程組應(yīng)：丹4中、軟集合整個(gè)離散賢化連續(xù)體的代穗數(shù)方程燦。融也就是把各個(gè)巧單元的剛度矩中陣集合成整個(gè)怠連續(xù)體的剛度稼矩陣，把各個(gè)改單元的節(jié)點(diǎn)力混矢量集合為總慘的力和載荷矢冶量。銀集合的繞原則是要求節(jié)介點(diǎn)能互相連接醬，即要求所有昏與某節(jié)點(diǎn)相關(guān)橋聯(lián)的單元在該元節(jié)點(diǎn)處的位移獸相同。但是最挺近研究表明返，浩該原則在某些皮情況下并不是栽必需的零。辱總剛度矩陣昂、掛總載荷向量礦以及整個(gè)物體盼的節(jié)點(diǎn)位移向兼量破之間構(gòu)成整體鑰平衡車(chē)，樣其聯(lián)立方程為康：跳。騎這樣得出物理姿系統(tǒng)的逮基本方程后，罩還需要考慮其方邊界條件或初依始條件，才能曉夠使伏整個(gè)方程封閉緊。骨5莊、貸求解位移矢量義。毒即求解上述代硬數(shù)方程鴿。這種方程可貼能簡(jiǎn)單，也可夏能很復(fù)雜，比貓如拖非線(xiàn)性問(wèn)題，晝?cè)谇蠼獾拿恳环N步都要修正剛銀度和載荷矢量記。怒6喘、虹由節(jié)點(diǎn)位移計(jì)仆算出單元的應(yīng)象力和應(yīng)變慈。納視具體情況可聯(lián)能還需要計(jì)算嘗出其它一些導(dǎo)宮出量裕。啄乎蔽袍A普NSY桌S帽軟件蹲ANSY魄S塔軟件是美悼國(guó)己ANSY屑S爸公司研制的大丟型通用有限元領(lǐng)分析軟件。能都?jí)蜻M(jìn)行包括結(jié)鍵構(gòu)、熱、聲、掙流體、電磁場(chǎng)括等科學(xué)的研究貼。在核工業(yè)、愈鐵道、石油化恢工、航空航天竊、機(jī)械制造、差能源、汽車(chē)交餃通、國(guó)防軍工豐、電子、土木近工程、造船、菊生物醫(yī)學(xué)、輕繳工、地礦、水殲利、日用家電竿等領(lǐng)域有著廣刻泛的應(yīng)用絹[3映]嘴。澡ANSY姿S屯包墳括肢10尼0蔽多個(gè)單元，提衛(wèi)供了對(duì)各種物估理場(chǎng)量的分析暴功能首。距ANSY逢S傾的設(shè)計(jì)優(yōu)化功賞能允許優(yōu)化任村何方面的設(shè)計(jì)今變量和約束變挺量，如形狀、剩應(yīng)力、自然頻匙率、重量、費(fèi)差用、溫度、磁雞勢(shì)、壓力、速碼度或離散量等暗，可進(jìn)行參數(shù)引、形狀、拓?fù)溆績(jī)?yōu)化。訂顯深乳A與NSY他S懲軟件結(jié)構(gòu)著軟件主要包括斧三個(gè)部舒分肺:貫前處理模塊脫，工分析計(jì)算模塊天和后處理模塊握。前處理模塊傻提供了一個(gè)強(qiáng)漁大的實(shí)體建模元及網(wǎng)格劃分工弊具，用戶(hù)可以族方便頸地尾建立隊(duì)有限元模型鋪；造分析計(jì)算模塊眼包括結(jié)構(gòu)分析招、流體動(dòng)力學(xué)腔分析、電磁場(chǎng)謝分析、聲場(chǎng)分愉析、壓電分析龜以及多物理場(chǎng)稠的藕合分析，義可模擬多種物悼理介質(zhì)的相互牲作用，具有靈雙敏度分析及優(yōu)早化分析能力能；閥后處理模塊可必將計(jì)算結(jié)果以植彩色等值線(xiàn)顯遞示、梯度顯示刻、矢量顯示、三粒子流跡顯示預(yù)、立體切污片尸顯示、透明及束半透明顯示等產(chǎn)圖形方式顯示資出來(lái)，也可將躺計(jì)算結(jié)果以圖鉛表、曲線(xiàn)形式戚顯示或輸出?；?.2悉亂者熱彈塑性禁有限元襯分析診的暖基本關(guān)系跌地構(gòu)筋應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系縱熱彈塑性分析璃包括如下四個(gè)易基本關(guān)系：反1騰、應(yīng)鳥(niǎo)變譜—鄙位移關(guān)系（相挽容性條件）戰(zhàn)2沉、應(yīng)每力敲—儉應(yīng)變關(guān)系（本宇構(gòu)關(guān)系）3、平衡條件革4沃、相應(yīng)邊界條梁件泊在胡焊接兄熱彈塑性分析威時(shí)衛(wèi)通常毀有如下假定：選材料的屈服服銜從米塞斯屈服指準(zhǔn)則統(tǒng)、則塑性區(qū)內(nèi)的行菊為服從流變法皮則并顯示出應(yīng)定變硬化仗、候彈性應(yīng)變、塑控性應(yīng)變與溫度穴應(yīng)變是可分的梳和岡與溫度有關(guān)的介機(jī)械性能、應(yīng)率力應(yīng)變?cè)谖⑿】s的時(shí)間增量?jī)?nèi)設(shè)線(xiàn)性變化。鈔跌教梢平衡方程膨材料處于彈性硬或塑性狀態(tài)的切應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系唉為：篩由軟搞為歡膊采慎藥刪松必(茫2圖-1謎)補(bǔ)式中撓：鼠D夸為彈性或彈塑憶性矩陣具；暖C殺為與溫度有關(guān)紋的向量。揪在彈性區(qū)兔：劈D=De劣窯獄楊粒譜引估啦或距(造2-2)準(zhǔn)式中：誰(shuí)呈為線(xiàn)性膨脹系漿數(shù)揭；雄T寬為溫度。霜在塑性區(qū)，設(shè)暈材料屈服條件態(tài)為：窮掏矮牧篩夕螞候蠅駐延(2幫-爭(zhēng)3)喝式中：蓮為屈服函數(shù)，碼為與溫度和塑沿性應(yīng)變有關(guān)的跌屈服應(yīng)力的函遇數(shù)。根據(jù)塑性順流動(dòng)法則，塑配性應(yīng)變?cè)隽款A(yù)可表示為：頂夸饞祝福澆航企父莖頌防別制役(檢2猛-宗4)戚此時(shí)，護(hù)傭淘從瓜順默(2伯-肺5)望線(xiàn)豐佩泄估漂慨睡(2-6)少塑性區(qū)的卸載污由策值判別，芹<0財(cái)時(shí)為卸載過(guò)程涌。課考慮結(jié)構(gòu)的某獎(jiǎng)一單元，有如愧下平衡方程揭停覽車(chē)閃明電嘆宰薄飄掠(2-7吐)對(duì)式中：愁為單元節(jié)點(diǎn)上傳力的增量；投為溫度引起的誓單元初應(yīng)變等必效節(jié)點(diǎn)力增量段；屠為節(jié)點(diǎn)位移增胡量，壽為單元?jiǎng)偠染貤l陣壯溜暑詠鞋尊欄刷些貿(mào)泳日去思(生2-8)獵恰線(xiàn)固豐糖躲女稼翼刪氏壯(魂2-9)礎(chǔ)式中節(jié)：?jiǎn)藼新為聯(lián)系單元中稠應(yīng)變向量與節(jié)肌點(diǎn)位移向量的盜矩陣。根據(jù)單估元處于彈性或抽塑性區(qū)，分別塘用宵、疏或拉、慢代替上式中的傭D今、理C唇，形成單元?jiǎng)偝范染仃嚭偷刃Ч?jié)點(diǎn)荷載，然飛后用集成總剛羊度矩陣愁K游，喉總荷載向量糟，求得整個(gè)構(gòu)按件的平衡方程罷組翻衛(wèi)靠繞稿采搖夢(mèng)篩號(hào)勻(2門(mén)-1付0)均其中哲：爽，多?？紤]到焊接流過(guò)程一般無(wú)外蔬力作用，環(huán)繞彈每個(gè)節(jié)點(diǎn)的單暮元相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的紙力是自相平衡推的力系，即可立取樸，故有渣。寧言雹是求解過(guò)程好熱彈塑性應(yīng)力古有限元分析的鉆求解過(guò)程是：陜首先把構(gòu)件劃坡分為有限個(gè)單寒元，然后逐步雀加上溫度增量沙（焊接時(shí)的溫販度場(chǎng)預(yù)先算出盈）。每次溫度河增量加上后，腎由式碎(胞2-7)慈可求得各節(jié)點(diǎn)少的位移增量鮮。每個(gè)單元內(nèi)逐的應(yīng)變?cè)隽客埠蛦卧?jié)點(diǎn)位堵移增量纏的關(guān)系為：鬧買(mǎi)療消搞寫(xiě)蹈護(hù)轎胞腎割貫競(jìng)(玩2盯-1檔1)今再根據(jù)式醬(盜2-1)躁的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)愈系，可以求得憂(yōu)各個(gè)單元的應(yīng)飽力增量叔。這樣就可以絕了解整個(gè)焊接掙過(guò)程中動(dòng)態(tài)應(yīng)爭(zhēng)力應(yīng)變的變化馳過(guò)程和最終的令殘余應(yīng)力和變譽(yù)形的狀態(tài)。俘2.3持拉殿提高計(jì)算精度弄和穩(wěn)定性的若你干途徑摟焊接時(shí)的局部國(guó)溫度槽超過(guò)熔點(diǎn)，材吐料性能隨溫度員劇烈變化。由艘于熱源的移動(dòng)捧，整個(gè)構(gòu)件的死溫度、應(yīng)力應(yīng)木變隨時(shí)間和空酬間急劇的變化急，同一時(shí)刻存閥在加熱和冷卻鼻，加載和卸載準(zhǔn)的現(xiàn)象。此外屆還需要對(duì)焊接漿坡口、填充金狹屬和多層焊做巷特殊處理。因詳此焊接問(wèn)題包臣含著高溫塑性狂、材料性能隨三溫度急劇變化冠和大變形等高導(dǎo)度非線(xiàn)性等竿影響橡因素。濾為沿盡可能薦得到晨較高窗的計(jì)算精度和坡保證解的收斂櫻，可溪利用如下悉解決措施沖[4]堂：頸1忙、錯(cuò)采用穩(wěn)定可靠賣(mài)的計(jì)算方法，悼保證焊接溫度差場(chǎng)的計(jì)算精度顏。本文計(jì)算計(jì)鳥(niǎo)算程序的編寫(xiě)哲注重循環(huán)的合我理和簡(jiǎn)潔，經(jīng)葵過(guò)多次運(yùn)用小凳模型的焊接模饅型的運(yùn)算后，織程序穩(wěn)定，改負(fù)參數(shù)后可運(yùn)用爭(zhēng)到大模型的焊容接預(yù)測(cè)。忙2圍、肯采用修正的彈雀性到塑性的加渾權(quán)系數(shù)。努單元在某一時(shí)止刻從彈性階段男過(guò)渡到塑性階艘段時(shí)引入加權(quán)瑞系數(shù)觀，并把該階段秘分為彈性階段發(fā)和塑性階段兩界個(gè)部分。當(dāng)考瘦慮到屈服應(yīng)力框隨溫度變化時(shí)勁，不能采用一繞般常溫彈塑性費(fèi)問(wèn)題的加權(quán)系梯數(shù)，而必須加題以修正。此時(shí)起可導(dǎo)出修正的芬加權(quán)系數(shù)為：電劃術(shù)柔鏡涂竟陷植(2檢-1販2)飽式中：楊、蟻分別為前一時(shí)唉刻的等效應(yīng)力增和屈服應(yīng)力冒；浴、尺分別為當(dāng)前時(shí)惜刻的等效應(yīng)力舟和屈服應(yīng)力。缸3舟、鐮材料在高溫時(shí)聰?shù)奶幚砜?。亦在十分高溫的插階段往往缺乏飼材料功準(zhǔn)確汁的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，丙此時(shí)常假定材賢料的彈性模量諸和屈服應(yīng)力數(shù)起值均很小榴，如本課題在仆研究的時(shí)候遇襯到過(guò)這種問(wèn)題竄，園在男2000盆時(shí)設(shè)置一個(gè)近暫似滲于光1000慕M蜓P喜a鳴的譽(yù)彈性模量豬值，但是求解稼的過(guò)程卻很長(zhǎng)心，經(jīng)老師指點(diǎn)獵后改為一個(gè)數(shù)越值信為會(huì)10卸M翻P假a遲后求解過(guò)程沒(méi)滑有出現(xiàn)問(wèn)題姻。然而，如果河假設(shè)步匹配，費(fèi)可能產(chǎn)生卸載蹈時(shí)應(yīng)力反而增夜大的不合理現(xiàn)俊象。為防止該狠現(xiàn)象，可考慮塊彈性模量隨溫友度改變而導(dǎo)致邁的應(yīng)力變化小夸于熱膨脹引起泡的變化，即咱晨淋賴(lài)芒潑爭(zhēng)些績(jī)鄭秒葵（麻2-1閘3饒）根4公、值合理的計(jì)算步賠長(zhǎng)和網(wǎng)格劃分裙。蝕計(jì)算時(shí)的溫度汽步長(zhǎng)原不能太長(zhǎng)，通礎(chǔ)常應(yīng)控制狹在賓10勤以下。網(wǎng)格劃瞧分應(yīng)考慮到焊依接接頭處較細(xì)閃，焊縫遠(yuǎn)處較裹粗的原則，以崗適應(yīng)溫度和應(yīng)揮力的計(jì)算精度換，同時(shí)兼顧到錦計(jì)算機(jī)的容量計(jì)。潮本試驗(yàn)?zāi)Ｐ筒煞坑玫氖莾煞N劃剛劃分尺寸，熱刪源核心部位的倚劃分采用的是驚邊長(zhǎng)擔(dān)1mm釣的單元網(wǎng)格，貪其他部位采用靈的是駱4mm煉和弟8mm然的網(wǎng)格，劃分留時(shí)不采用自由托網(wǎng)格過(guò)度，遠(yuǎn)羊端計(jì)算機(jī)自動(dòng)歐識(shí)別劃分為草1遲mm勞×睬4mm箱和童4mm鳳×蔑8mm小大小的單元，扇這樣便可使的廉單元順利銜接鑰。這樣既保證討了必要的精度譯又方便劃分，遵同時(shí)也節(jié)省計(jì)潑算時(shí)間。測(cè)5載、采用縮減積赤分法防仰止處“翠閉押鎖溉”組現(xiàn)象。頭三維塊體單元銳用于某些較薄竟且承受彎矩的項(xiàng)地方，會(huì)引起共所謂勒的流“覽閉油鎖自”撫現(xiàn)象。此時(shí)由盈于對(duì)剛度的過(guò)彈分估計(jì)，使計(jì)很算所得變形偏貞小。為防止該汁現(xiàn)象，可采用她縮減積分法。譯2.4禿妻逆本章小結(jié)遺本章主要對(duì)有福限元法進(jìn)行了語(yǔ)簡(jiǎn)述，給出了預(yù)分析思路和基蔥本的理論禿第宗3稻章叼炎西固有應(yīng)變法的耐理論基礎(chǔ)罩3.1乒柱披固有應(yīng)變的概宿念晌焊接過(guò)程中焊緊縫附近的熱輸姑入使焊接區(qū)域隸發(fā)生熱收縮、更熱膨脹，當(dāng)引玩發(fā)的應(yīng)力超過(guò)齡彈性極限時(shí)，席會(huì)產(chǎn)生塑性應(yīng)顫變。當(dāng)焊接完而畢，構(gòu)件完全桐冷卻后，最終郊的殘余塑性應(yīng)阻變等于溫度上療升時(shí)產(chǎn)生的壓綢縮性塑性應(yīng)變掉與溫度下降時(shí)碎產(chǎn)生的拉伸性蕩塑性應(yīng)變的和覺(jué)，綿這就是焊接固犧有應(yīng)變。袋固有應(yīng)變首先插是日本學(xué)者提哪出和應(yīng)用的概妖念。焊接問(wèn)題沙的固有應(yīng)變是裹塑性應(yīng)變、溫隔度應(yīng)變和相變差應(yīng)變?nèi)咧投洹：附訕?gòu)件經(jīng)冠過(guò)一次焊接熱菠循環(huán)后溫度應(yīng)歪變?yōu)榱銘?。消考慮到焊接的療實(shí)際情況繞，牙焊件局部加熱障到很高溫度度時(shí)，凳周?chē)鷾囟容^低神的部位不能自抱由伸長(zhǎng)們，肝對(duì)加熱部分的墾熱膨脹產(chǎn)生約扒束作用重，航致使焊縫及其森附近的高溫區(qū)蹲累積了壓縮塑摔性變形。此外強(qiáng)可以認(rèn)為固有符應(yīng)變僅存在于格焊縫及其附近釀。固有應(yīng)變是把產(chǎn)生殘余應(yīng)力澇和焊接裂紋的況原因。若已知出固有應(yīng)側(cè)變駝,殲也獨(dú)可通過(guò)拆熱彈塑性有限續(xù)元且彈性分析計(jì)算仔出殘余應(yīng)力和囑變形。駝3.2狹兔緊焊接固有應(yīng)變弟的確定洪扎砌贊固有應(yīng)變的表牌達(dá)式體在力學(xué)分析中臘，一般應(yīng)力應(yīng)稈變都有六個(gè)分網(wǎng)量。在焊接過(guò)告程中，焊件中蔑任何一點(diǎn)的總役應(yīng)趟變白(郵即變形應(yīng)巡變蒜)怎由彈性應(yīng)變械、塑性應(yīng)變江、熱應(yīng)變杜和相變應(yīng)變牲組成，即黨底亞奮伯鉗拍廚助(植3艷-1落)戲定義固有應(yīng)變敲為塑性應(yīng)變、粉熱應(yīng)變和相變宇應(yīng)變之和，陳即渠至勵(lì)碼佳荒猴備巴葉布昆(道3霞-紡2)縣于是滔有孫柔乘勢(shì)岔占競(jìng)斬燭稍貓曲駐荷(截3懸-溝3)心于是引起的彈橡性應(yīng)變?yōu)槔澬戎駛z享米虛怎(弦3始-惰4)炒懷禮汗固有應(yīng)變的分辮類(lèi)突固有應(yīng)變可分注為縱向固有應(yīng)擱變、橫向固有權(quán)應(yīng)變握和角變形固有史應(yīng)變沃。焊接區(qū)域內(nèi)馬某點(diǎn)的固有應(yīng)立變?cè)诎寮拈L(zhǎng)僑厚比很大的情問(wèn)況下，縱向固爪有應(yīng)變和橫向泳固有應(yīng)變最大腸，起到?jīng)Q定性奔作用。這兩違種固有應(yīng)變導(dǎo)郊致了常見(jiàn)的焊法接變形：縱向券收縮、橫向收順縮和角變形畜。孤學(xué)紛半焊接縱向應(yīng)變洽用一梁的單位華縱向變形為例窄。如果已知單姻位長(zhǎng)度上縱向竄殘余塑變?cè)绲目偤涂?，則有辜環(huán)叔欺組團(tuán)走屯駛漲胡(域3碗-雁5)宣蒸鑼柜認(rèn)址雜(恩3壁-雁6)惜敏很擊擺燃螺(污3-7)出式中：住為縱向單位收柔縮；外為曲率；棗為彎曲撓度；姐為梁的截面積濕；或?yàn)榻孛鎽T性矩更；哥為煩中心到截面中鍵心的距離。拳圖主3.1稼擇單位縱向變形爸辰華敢焊接橫向應(yīng)變帆用一平板表面慶堆焊的橫向變茶形為例。如果誼已知單位長(zhǎng)度妥上橫向殘余塑邁變口的總和（又稱(chēng)縫橫向收縮單位奸體積）它，按則有倒葡靠暖漁插旁姥設(shè)袍戰(zhàn)(廳3移-部8)堵革惹局枝希譽(yù)處杯毀(劫3擾-慚9)疤觀茫奏秒張廢俯沿裳腥隱(珠3如-1蒼0)佩足旦矛棚仇膜體懷肅同(逝3病-1皆1)拴式中：攔為平均橫向縮蝕短；赤為彎曲角；萍為領(lǐng)的偏心距；徑為板厚。氣圖繳3.2螺表面堆焊時(shí)的紀(jì)橫向變形嘉齒籍季角變形兔由于焊縫的橫區(qū)向固有應(yīng)變的胳作用使焊縫產(chǎn)臉生一定的轉(zhuǎn)角副，也就是角變蜓形。如下圖所乳示。例如對(duì)慈的板材角變形辭由預(yù)測(cè)變形帶增加到廊。握?qǐng)D器3.3閣免焊接劈角變形示意圖恐3.3女曠價(jià)Tendon窗Force推Tendon挽Forc概e羊是楊Whit茅e紗于飛198縫0牢年提出的概念烏，其定義為縱必向固有應(yīng)變?cè)姆e分值乘以酒材料室溫時(shí)的住彈性模北量遣E漏，孝即喝茅莖密戒階運(yùn)么掉雜國(guó)圾(宇3幻-1灌2)獲式中：群Tendon音Force傲，匹可以看到它的旋概念與前面提恥到的縱向固有杯應(yīng)變的總和談是一致的，只譯是乘上了材料悄室溫時(shí)的彈性恨模資量址E針，可以理解為雙室溫時(shí)引起工冬件縱向焊接變衡形的縱向收縮帝力。在一些實(shí)匠驗(yàn)分析基礎(chǔ)上從得津到忍Tendon叉Forc撕e材與焊接線(xiàn)能量竭的如下公式：氣勇偽憂(yōu)立僑掏哲恰謠(摧3爸-1效3)寒式中：載Ten鉤donFo繪rc存e敵，密為淚焊接線(xiàn)能量。蝶可以看到焊接炒線(xiàn)能量要超過(guò)侮285.6J權(quán)/cm觀這個(gè)門(mén)檻值才孫會(huì)引屠起魔Tendon央Forc摧e宣。將公式除以展彈性模使量戰(zhàn)E磁（取低碳鋼室證溫值扎），同樣可以擾得到縱向固有憲應(yīng)變的總和賴(lài)與焊接線(xiàn)能量癥的關(guān)系：蹈芹輩儲(chǔ)異移戚膠剪(科3吩-1惱4)電同時(shí)由于實(shí)際舌生產(chǎn)中，焊接袖線(xiàn)能量都較大件，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)所濫謂門(mén)檻值，因齊此由膊熱節(jié)胡與腐3.季3銅節(jié)的計(jì)算結(jié)果希是十分接近的奶。面3.4帥裹尼固有應(yīng)變法的蘇計(jì)算與應(yīng)用索在羨ANSY仗S離中，由于固有宴應(yīng)變不能直接涼作為荷載賦予摘焊縫及其附近寫(xiě)的單元，但軟媽件提供的各向旱異性的熱膨脹化系數(shù)功能使焊畢縫在縱向和橫強(qiáng)向的不同收縮宜得以實(shí)現(xiàn)免。因此可以利喪用軟件提供的貧各向異性的熱于膨脹系數(shù)和單化位溫度尾荷載來(lái)實(shí)現(xiàn)應(yīng)南變的施加。根眾據(jù)給定單位溫兇度荷載，熱膨建脹系數(shù)的渴數(shù)值胸即非可求得鋤應(yīng)變的數(shù)值：綠勢(shì)宋駝哪座肅幸粗徹(啊3背-1墾5)慣以長(zhǎng)寬高分別距為岸500mm葵、瑞60mm亡和瓶50mm盜，厚度為封5mm濕的嫌T桐型梁為搶例苗，施加兩道角尋焊縫，對(duì)于該懂模型用固有應(yīng)唱變法分析焊接韻變形。首先昂將遣T萌型梁簡(jiǎn)化為彈世性板單元有限仙元模型。在焊辰縫附近的單元率中施加大小等京于固有應(yīng)變的番初始應(yīng)變，經(jīng)彎過(guò)一次簡(jiǎn)單的亦彈性板單元有傻限元計(jì)算就可系以得到焊接變露形。座3.5讓持酷本章小結(jié)妥本章介紹了固地有應(yīng)變的理論哈，為后面的分謊析做基礎(chǔ)。榆第挽4洽章質(zhì)紙緩十字形節(jié)點(diǎn)的貫計(jì)算實(shí)例連4.1將貌逆有限元研究方懂法綜述語(yǔ)焊接過(guò)程的智數(shù)值齡模擬是一個(gè)高括度非線(xiàn)性的求甚解過(guò)程括，乎ANSYS衣提供了三種進(jìn)穴行熱力學(xué)分析稻的方法：擔(dān)1貪、在結(jié)構(gòu)應(yīng)力跪分析中直接定墨義節(jié)點(diǎn)的溫度2、間接法3、直接法黑本論文選取的攻是間接法，首攀先進(jìn)行熱分析春，然后將求得腹的節(jié)點(diǎn)溫度作騰為體荷載施加要在結(jié)構(gòu)應(yīng)力分我析中。長(zhǎng)這個(gè)過(guò)程分為妙加熱和冷卻兩訪(fǎng)個(gè)過(guò)程。亡對(duì)于大多數(shù)問(wèn)體題，間接法可等以使用所有熱輝分析的功能和鴉結(jié)構(gòu)分析的功隔能。對(duì)焊接來(lái)搏講，應(yīng)力場(chǎng)和抵溫度場(chǎng)是相互介耦合的，不過(guò)椅這種耦合效果延除個(gè)別特殊情福況外，一般都標(biāo)很小，而且焊斃縫附近的溫度鹿場(chǎng)變化很大，棍材料的各種物玉理性能也變化世很大，這種影貼響與上述耦合踢效應(yīng)相比要大兵得多，所以采吧用間接法是比持較科學(xué)可行的摟。職結(jié)構(gòu)分析采用歪的是非線(xiàn)性靜件力屢[25]廉分析，喚因此對(duì)材料處筋理為與應(yīng)變率拼無(wú)關(guān)的塑性，濤塑性應(yīng)變假定末為瞬間建立。勵(lì)在與率無(wú)關(guān)的產(chǎn)塑性理論中涉稼及三個(gè)準(zhǔn)則：前屈服準(zhǔn)則歌、匹流動(dòng)準(zhǔn)則和強(qiáng)穴化準(zhǔn)則。坊本論文采用的斑是雙線(xiàn)性隨動(dòng)失強(qiáng)化準(zhǔn)則，它悶使用一個(gè)雙線(xiàn)襖性來(lái)表示應(yīng)力辮應(yīng)變曲線(xiàn)，有侮兩個(gè)斜率，彈掙性斜率和塑性頂斜率，需要輸慈入的量有屈服傘強(qiáng)度和剪切模友量，本文定義醒了肝5袋條不同溫度下弦的曲線(xiàn)。六4.2披典暢計(jì)算模型綜述矩?cái)?shù)診集熱源模型的基鑼本特征迷對(duì)于焊接而言述，焊接熱源是暈實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程駕的基本條件良。國(guó)由于焊接熱源株的局部集中熱拆輸入，致使焊馳件存在十分不品均勻、不穩(wěn)定里的溫度場(chǎng)，進(jìn)謝而導(dǎo)致焊接過(guò)黃程中和焊后出業(yè)現(xiàn)較大的焊接泄應(yīng)力和變形。棕因此，焊接熱談源模型選取是救否適當(dāng)，對(duì)焊全接溫度場(chǎng)和應(yīng)彈力變形的模擬續(xù)精度，特別是馳在靠近熱源的彎地方，會(huì)有很篩大的影響。逢在焊接過(guò)程的候數(shù)值模擬研究找中，人們提出報(bào)了一系列的熱合源計(jì)算模式珍。猛以下簡(jiǎn)要加以魄介紹勤：筍在用有限元求怕解時(shí)，原則上幕允許考慮任何塵復(fù)雜的情況，橋但實(shí)際憲經(jīng)濟(jì)上的約條件脹給予了限制累。韻所有模型共同終的一點(diǎn)是轟：蛋焊接熔池中復(fù)跟雜的熱過(guò)程用使導(dǎo)熱連續(xù)體中引的焊接熱源加柏以近似?；谥S熱傳導(dǎo)基本公驕?zhǔn)降臏囟葓?chǎng)計(jì)泉算需要一些反伯映材料的熱物毒理性質(zhì)的參數(shù)糞，謹(jǐn)包括導(dǎo)熱系數(shù)捧，比熱容，密沖度擾，勸綜合考慮熱對(duì)哭流和熱輻射帶譜來(lái)熱損失的換極熱系數(shù)等，這絨些系數(shù)是溫度嫂場(chǎng)的特征值登。邊在焊接過(guò)程中蝕這些特征值均灌隨溫度變化，念在研究溫度場(chǎng)禍時(shí)應(yīng)區(qū)分材料隊(duì)的特征值隨溫塊度變化的瞬時(shí)嫁值和在一定溫烘度范圍內(nèi)的平萌均值腰，蓬前者更適合于船有限元求解，牧后者可供函數(shù)削解析求解。理糕祥者高斯函數(shù)分布配的熱源模型濃焊接時(shí)，電弧逐熱源把熱能傳懇給焊件是通過(guò)蒜一定的作用面壩積進(jìn)行的，這杏個(gè)面積稱(chēng)為加或熱斑點(diǎn)。加熱耳斑點(diǎn)上熱量分皇布是不均勻的仙，中心多而邊否緣少。費(fèi)里德貞曼將加熱斑點(diǎn)蜜上熱流密度的僚分布近似地用絕高斯數(shù)學(xué)模型俘來(lái)描述，如圖斜4.料1壇。離熱源中心獻(xiàn)距蹈離次r祝地點(diǎn)的熱量計(jì)喬算公式瀉如下匹：挖全技假僻區(qū)落找新次弱(番4定-父1)促欣狂釀貢夫化咱(剪4修-瓦2)客器昏指譜旁題賤院筋拼(資4宣-艇3)各式中：拾為熱源的有效早功率，亞為熱源的集中者系數(shù)。鹽表示圓形熱源胸內(nèi)某點(diǎn)佩到映中心的距離，盜也表示帶狀熱努源內(nèi)某點(diǎn)在橫堵向莖到罩中心線(xiàn)的距離亮。熱量分布的齊集中系數(shù)摔表明熱源集中吃的程度，即高到斯分布曲線(xiàn)的錢(qián)寬度。直圖捆4.1賢高斯熱源熱流咐密度分布簡(jiǎn)圖喝本文是以十字趟形節(jié)點(diǎn)板角接遲焊為研究對(duì)象筒。輸入熱量模頂型利用了高斯乳模型。由于以蒜式莊(臥4崇-林1)禁描述的高斯分鐘布曲線(xiàn)在無(wú)限俱遠(yuǎn)處趨近于零獻(xiàn)，因此本文分瓜析過(guò)程假設(shè)焊萬(wàn)接熱量的扔75陶%幫集中在有效半演徑的圓形區(qū)域趨內(nèi)。必集中系數(shù)配一般可由式逃(美4兵-兩4沸)扯求出。型略愛(ài)悠各剩臭辛博聾傲(葛4針-關(guān)4)萍本論文為簡(jiǎn)便觀計(jì)算時(shí)電弧集照中系數(shù)和徑有效半徑極根據(jù)參考文歇獻(xiàn)射[15還]秒進(jìn)行選取的。愚有效半徑怒取為桐7mm勻，電弧熱效率托取財(cái)為滿(mǎn)0.75設(shè)。塑問(wèn)謊糊選用高斯函數(shù)仰分布的熱源模沈型的意義惱采用有限元和繩有限差分法，紋應(yīng)用高斯分布曠的表面熱源分羅布函數(shù)計(jì)算，聽(tīng)可以引入材料菊性能的非線(xiàn)性甘，可進(jìn)一步提貼高高溫區(qū)的準(zhǔn)朗確性，但仍未粒考慮電弧挺度皺對(duì)熔池的影響只。對(duì)于通常的借焊接方法如手掘工電弧焊、鎢驗(yàn)極氫弧焊，采嚷用高斯分布的荷函數(shù)可以得到拉較滿(mǎn)意的結(jié)果忍，一般符合工財(cái)程應(yīng)用需求。滲粱濟(jì)饞十字形節(jié)點(diǎn)模設(shè)型尺寸易選取如圖肅4.2挺所示的加銜勁喝板結(jié)構(gòu)，沿升X三軸焊接加存勁周板。采用簡(jiǎn)化敏的對(duì)稱(chēng)模型種。旱這種簡(jiǎn)化需要恢明確的是焊射前銷(xiāo)的構(gòu)件是對(duì)稱(chēng)盡的，基于這樣壘的假定意味著才焊縫材料是同脖時(shí)加上去的，傲即十字形節(jié)點(diǎn)三板的四條焊縫士同時(shí)施凡焊。由于結(jié)構(gòu)掀的對(duì)稱(chēng)，可以剪取構(gòu)件耐的艱1/咱4鉆模型來(lái)研究。嘩圖顯4.3典是有限元模型燈，由母材面板仇和加桃勁浪板組成歌。蹤應(yīng)矛用掘ANSY咐S閣分析時(shí)采用的遣單元是八節(jié)點(diǎn)甘六面體炭的浩單元心，網(wǎng)格劃分觸采用的是候、池和馳三種規(guī)格尺術(shù)寸。吩采用球映射網(wǎng)格劃分暫方式嘩，由內(nèi)到外逐辦漸稀疏。叉圖扇4.2狐幾何模型察圖羞4.3唇旱有限元模型奏本論文采用的曉模型數(shù)據(jù)擴(kuò)為：面板尺寸驅(qū)為拉，加漆勁茅板尺寸為易焊件材料為沿鋼，焊接方法榮為埋弧自動(dòng)焊吉。鉗焊接規(guī)范為：更電流商180咱，明電壓翻20彼，熱源熱效中率索0.75竊，焊速樸，四邊焊縫同富時(shí)施焊。書(shū)因?yàn)榭紤]到建堡模的原因，采鄙用統(tǒng)一的單位踢有喊、悉、緊和解，將收集到的秋數(shù)據(jù)按一定比滲例轉(zhuǎn)換到以這煌幾個(gè)單位為基淺準(zhǔn)的數(shù)值，見(jiàn)撓下耍表拌4.日1撓。在本文的寫(xiě)哀作過(guò)程中，單圾位的換算逐漸擊被重視起來(lái)，辟針對(duì)一些論文末上的單位出入幫，本文集中給非出了換算后的磁單位。模霜塊照材料特性打進(jìn)行焊接溫度士場(chǎng)的分析必須候要確定的熱物虹理性能參數(shù)有德導(dǎo)熱系數(shù)、對(duì)疲流換熱系數(shù)、跳密度、比熱容前以及焊件的初宜始溫度。而對(duì)港應(yīng)力場(chǎng)的分析守必須還要定義毒的參數(shù)有泊松濟(jì)比、彈性模量紅、線(xiàn)膨脹系數(shù)揚(yáng)和屈服強(qiáng)度。河疑惡漆邊界條件攪焊接過(guò)程的邊謠界條件包括溫響度場(chǎng)分析的邊殃界條件和應(yīng)力德應(yīng)變分析的邊買(mǎi)界條件。本論廢文采用的邊界討條件是在節(jié)點(diǎn)顧上施加約束，準(zhǔn)選取了兩個(gè)外漫側(cè)面，分別選濱取兩個(gè)面上所像有節(jié)點(diǎn)施加湊向和蠟向約束，再選知取字軸向上一點(diǎn)施持加版X此向約束，案使構(gòu)件無(wú)整體諒剛性位移即可稻。為簡(jiǎn)便，忽訓(xùn)略了其它的邊茄界條件潤(rùn)。儲(chǔ)表趣4葬-是1肥16Mn刑鋼隨溫度變化穗的部分物理參蛋數(shù)和力學(xué)參數(shù)誘溫度必/撇℃釣房幟遇20戚500薦1000尖1500因2000直線(xiàn)膨脹系數(shù)班/坐℃第-1值1.26頁(yè)E-倚5滑1.30姑E-伶5遼1.34E-白5道1.38少E-妨5爹1.42指E-魄5佳彈性模量鼠/犯認(rèn)M孟Pa若2.1E5隆1.65E5種0.7E5墨0.05E5樣10午屈服應(yīng)力綁/早MPa階235王120刃80昆10織10恢導(dǎo)熱系數(shù)偏/碧kg.mm.蕉s波-1步.許℃具-1免4.7E3附4.0E3以3.0E3跪3.7E3況1.2E4煤比熱容道/丹mm叨2藝.s可-2虎.候℃束4.7E7換6.5E7擴(kuò)7.3E7沖8.1E7牙9.0E7臺(tái)對(duì)流系數(shù)球/泛kg.mm.儀s韻-2喊.輸℃凈11昏泊松比們0.288春0.290米0.293粉0.300嗎0.306蕩密度巴/浙kg.mm磨-3號(hào)7850E-駐9斯4.3碗園APDL也A桂參數(shù)化程序設(shè)若計(jì)煎用來(lái)預(yù)測(cè)焊接臺(tái)變形的方法應(yīng)拿當(dāng)能夠考慮不碗同的焊接參數(shù)菊、不同的模型歡形狀，并且能濁夠反映出在裝星配過(guò)程中的形碼狀變化，同時(shí)艱由于預(yù)測(cè)變形未量和確定余量?jī)斒莻€(gè)重復(fù)的分夏析過(guò)程，所以村在計(jì)算時(shí)間方敏面要有效率，胖還要能保證合槍理的精度。磨為此設(shè)計(jì)一套柿適合的程序是倉(cāng)很必要的。鄰焊接熱源為正全態(tài)分布，室以共熱流密度的形蹄式施加，焊件機(jī)表面離熱原中瞧心為漁的某點(diǎn)的熱流非密度按公英式脫(4-1狗)弊計(jì)算，對(duì)于焊押接熱源的移動(dòng)怠可以通蔽過(guò)衡ANSY夏S償軟件丹的釘APD丟L辟語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。柳具體方法是：?jiǎn)栄睾附臃较驅(qū)⒘雍缚p長(zhǎng)度債等分，將各點(diǎn)毛的后節(jié)點(diǎn)作為吐熱源中心，每刻段加載后計(jì)算瓦，當(dāng)進(jìn)行下一坦段加載時(shí)，需粗消除上一段所酸加的熱流密度倡，把上一次加魄載所計(jì)算得到約的各節(jié)點(diǎn)溫度韻作為下一步計(jì)輸算的初始條件薄，依次沿焊縫樸各點(diǎn)加載即可忽模擬熱源的移笛動(dòng)。除了電弧疲掃過(guò)的核心區(qū)筍域施加熱流密怕度張外，其樸它墨表面為對(duì)流換為熱面。毀用表參數(shù)數(shù)組率表示的整面熱果流密度的加載臂算法流程如海圖率4.9晚.君圖耗4.9沈辱表參數(shù)數(shù)組表他示的熱流加載如算法流程圖屠4.4位炮唉有限元計(jì)算結(jié)磁果獅丑舉柄溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)厘果萬(wàn)如圖乞4.10西所示，值在軌10著s雕時(shí)溫度場(chǎng)的分腐布域比較狹小乓，主要是因?yàn)闂U焊接的速度較伏快，怨傳弊導(dǎo)熱系數(shù)有限撇。督最高溫度達(dá)而到抖2297脹，位于紅色的訂區(qū)域。債圖喇4.10發(fā)王焊接沖1臟0友s渡時(shí)溫度場(chǎng)分布蒼圖烘4.11磁焊臉接域30蒸s聯(lián)時(shí)溫度場(chǎng)分布燦如圖殲4.11很所示，蟻在浩30吐s證時(shí)溫度場(chǎng)的分龍布明顯擴(kuò)大，馬焊接已經(jīng)走過(guò)媽了撫180mm陜的距離，最高罵溫度塊達(dá)洽2298挪，比苗較劃10掃s輩時(shí)的最高溫度拿只上升螺了此1茄，此時(shí)的藍(lán)色過(guò)區(qū)域雖較多，業(yè)但是表示的溫旬度已快是已2273罷了，熱量已經(jīng)在擴(kuò)散到了整個(gè)啊焊件，與實(shí)際緊是很接近的。宰圖符4.12翻首焊炭接洋40此s懼時(shí)溫度場(chǎng)分布酒圖饞4.13眾朽焊錫接謠90俘s醉時(shí)溫度場(chǎng)分布標(biāo)如圖鋪4.14浪，到翅了遞180遣s雀時(shí)溫度已經(jīng)降灘低到羨了涉41孟，藍(lán)色區(qū)域的區(qū)溫度已耀達(dá)翠33格，溫度梯度很膏小，整個(gè)構(gòu)件飼可以近似看做雜溫度均勻的，滲根據(jù)對(duì)流的特弦點(diǎn)，只要達(dá)到念一定的時(shí)間，療焊件的溫度場(chǎng)到分布是絕對(duì)均假衡的。拍圖垂4.15籮X炸軸向節(jié)點(diǎn)溫度駱時(shí)間歷程街圖碎如圖細(xì)4.15窮，選取的租是耐X碼軸向節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)虜為業(yè)50mm干,貌100mm鳥(niǎo),淺150mm想和半200mm挖的掩A照、窗B公、喚C閣、種D染四個(gè)特征點(diǎn)記總錄每個(gè)點(diǎn)的溫午度隨時(shí)間變化械的乘歷程圖五。足A孝、榆B素、魯C襖依次滯后達(dá)到打1600雙℃壯，災(zāi)D妹點(diǎn)只達(dá)到磨50尸℃緩左右，因逆為漿D您處于最右端，丹熱量總是從左凳傳來(lái)，不同院于尖A慰、工B獻(xiàn)、搬C卻點(diǎn)，熱量可以機(jī)從左右傳來(lái)，膏故存在一個(gè)秋比戰(zhàn)D群點(diǎn)搞的極值溫觸度。棉魔沉單應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)橋果抓應(yīng)力場(chǎng)是焊接精分析中重要的輕一項(xiàng)，焊接應(yīng)話(huà)力場(chǎng)的計(jì)算是掀一個(gè)涉及材料僻的彈塑性、非筍線(xiàn)性和其他許竿多因素影響的視復(fù)雜問(wèn)題。在樣鋼結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)裹中，澤知道了拌受力構(gòu)件由于日幾何形狀、外鳥(niǎo)形尺寸發(fā)生突許變而引起局部亡范圍內(nèi)員應(yīng)力集中。由翠此推測(cè)焊接容矛易引起較大應(yīng)盤(pán)力的區(qū)域。束圖陜4.161嚴(yán)90谷s陪時(shí)的等效應(yīng)力眾云圖性如蜜圖寄4.1遵6善，纏1狗90秧s價(jià)時(shí)的等效應(yīng)力苦場(chǎng)分布的區(qū)域鎮(zhèn)較大，最大應(yīng)們力達(dá)到謝了頸248MP媽a慢，紅色區(qū)域分愛(ài)布較汁少。戴圖滾4.172塞1牌0跌s訪(fǎng)時(shí)的等效應(yīng)力罪云圖逗圖豐4.182娛4括0娃s頑時(shí)的等效應(yīng)力玉云臘圖絨如不圖本4.1幅7沙和渾圖撥4.18渠，肌焊接應(yīng)力迅速壇分布脹到了加勁板，泊而在面板上擴(kuò)耀散的較踩慢。叔圖搖4.192痕75衫s嗚時(shí)的等效應(yīng)力讓云圖傻從上面幾幅圖泄片可以看出，美等效應(yīng)力的區(qū)朝域逐漸擴(kuò)大漆，扮焊縫處和腹板毛邊緣應(yīng)力高度鴿集中，雖經(jīng)過(guò)溝冷卻但應(yīng)力下掛降不多，具有材不可恢復(fù)性。繞圖渣4.20醉X鑄軸向節(jié)點(diǎn)等效逐應(yīng)力時(shí)間歷程鋼圖迎如圖，選取的鉆是扭X蟻軸向節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)武為放50mm協(xié),黑100mm艘,更150mm鷹和斬200mm授的累A瘡、國(guó)B展、懲C崖、夸D表四個(gè)特征點(diǎn)記蹤錄每個(gè)點(diǎn)的等皂效應(yīng)力隨時(shí)間踩變化的圖表。道等效應(yīng)力的離立散性較大，振潔蕩幅度最傭大碎的均奪在呈200貓s購(gòu)之前。址稱(chēng)寸文塑性應(yīng)變計(jì)算萄結(jié)果射圖隆4.21沖制等效塑性應(yīng)變肚圖戒4.22脾X陶軸向節(jié)點(diǎn)縱向低應(yīng)變時(shí)間歷程戒圖由對(duì)于塑性應(yīng)變艙，本文關(guān)心的掉是涌X癢軸向塑性應(yīng)變虎，因?yàn)楹竺娴挠部v向西收縮力的求解再依賴(lài)于它書(shū)。雜A巾點(diǎn)的應(yīng)變峰值族高于其他點(diǎn)，衛(wèi)從圖中可以看跪出，遠(yuǎn)離約圾束駝部位挪的蠟應(yīng)變量大于離調(diào)約束近的部位冰。臂棟馳啄變形計(jì)算結(jié)果湊圖邁4.23雙最終飄變形雨圖炮圖蒜4.23渡表示了焊接后爹的最終變形圖今。從中可以看陳出，焊件的變幣形有鉗彎曲、歪曲和希扭轉(zhuǎn)。其中面貝板中部上凸，牌兩端下?lián)稀＜觿倓虐逯胁棵黠@負(fù)收縮。比較同散類(lèi)研究論文，勇模擬后的變形益與實(shí)際較接近護(hù)，獻(xiàn)證明計(jì)算結(jié)果斃具有一定的可此行性絕。至實(shí)際上焊件的璃變形也與邊界肝條件有關(guān)，本皆文采用的約束牙是兩個(gè)外側(cè)面墊分別加萬(wàn)上蛾Y答和危Z白方向舵約束，柳再選取一點(diǎn)時(shí)殘間愛(ài)厘上削X湯軸向的約束，橋這樣就與實(shí)際此情況比較接近己。露圖祝4.2羽4悶是節(jié)點(diǎn)位移的芹時(shí)間歷程。從拉圖上可以看出社，遠(yuǎn)離約束端接的點(diǎn)位移大于憐接近約束點(diǎn)曉，挎D乏點(diǎn)因?yàn)楸患s束毯，位移為零洪，哪A蝴點(diǎn)離約束最遠(yuǎn)晶，位移最大。們圖關(guān)4.24寇X陷軸向節(jié)點(diǎn)位移及時(shí)間歷程圖伏4.5工辨號(hào)計(jì)算結(jié)果分析拔課題研究背景造通過(guò)計(jì)算，程洞序得到的結(jié)果捉有予Tendon梢Forc袋e葬和橫向收縮慌。由于采用的及模型是對(duì)稱(chēng)的價(jià)，角變形為零低。畢計(jì)算結(jié)果如下欺：登Tendon喇Forc摟e=-120鳳55樓.牙4392N濫橫向收縮黑=轎0.0623索1mm西通過(guò)公式汽(祖3-13)升計(jì)算所得者Tendon偏Forc洗e麗的理論值昏為義-12279膠N護(hù)，兩者的誤差洗為鈴1.82%瘋，騙兩者的結(jié)果相炒近，與先前小封模型計(jì)算的亦Tendon愈Forc銹e險(xiǎn)值相當(dāng)，進(jìn)一卷步證明了離Tendon眼Forc蹤e乓值只與輸入的桌線(xiàn)能量有關(guān)，柄說(shuō)明模擬可行屯。毀根據(jù)參考文負(fù)獻(xiàn)供[2火3步]凍介紹的計(jì)算固賺有應(yīng)變的的方煙法孟，塌變形數(shù)值除以吼焊接熱輸入線(xiàn)懂能量就得到了丑固有應(yīng)變，本再文的熱輸入線(xiàn)瘦能明量望E驕為產(chǎn)，因此可這樣金表示糕Tendon你Forc柳e珠和橫向收縮宗：壯售Tendon抱Forc狗e=268.建00E孕令袖席(毒4玉-投5競(jìng))零冶橫向收縮妥=0.000苗13847E稠票碑晶(公4枕-戰(zhàn)6屆)胃式中食：體E農(nóng)前面的數(shù)值即演為固有應(yīng)變。標(biāo)依據(jù)文花獻(xiàn)員[有23魄]壺，對(duì)于簡(jiǎn)單的病焊接節(jié)頭可以弓通過(guò)熱彈塑性慨有限元法求得菊固有應(yīng)變，但閃是對(duì)于復(fù)雜的鞏節(jié)頭很糾難獲得，為此價(jià)必須要建立一述個(gè)龐大的固有迫應(yīng)變數(shù)據(jù)庫(kù)，燦通過(guò)長(zhǎng)期的積設(shè)累才能完成這岸個(gè)工作，本文觸的試驗(yàn)還是遠(yuǎn)個(gè)遠(yuǎn)不夠的，只射是給出了一個(gè)兔求固有應(yīng)變的慈思路。植4.6醉紛工本章小結(jié)果在大型焊接結(jié)菜構(gòu)中基于固有夢(mèng)應(yīng)變方法是將零各條焊縫的變蓬形以固有變形各的方式直接加械載到焊縫位置穩(wěn)，從而不必經(jīng)抖過(guò)冗長(zhǎng)的過(guò)程勁跟蹤計(jì)算，從央而大大的縮減蛛計(jì)算時(shí)間。因春此對(duì)大型焊接西結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形車(chē)預(yù)測(cè)首先需要爛了解各種典型它焊接接頭的固哄有應(yīng)變飲，從而方便大粘型焊接結(jié)構(gòu)的振預(yù)測(cè)。姻本柜章詳細(xì)的介紹運(yùn)了一個(gè)有限元犬算例，然后用僑后處理器得到毯一些形象的數(shù)探據(jù)云圖、表格半圖，實(shí)體圖，盛從而丙對(duì)十字形型接舟頭的固有應(yīng)變伙做了一定的探烘討盜。精第旬5毅章壽姜驅(qū)展望綜述徑5.1示扒蔥本際課題洋的送研究懂價(jià)值年焊接技術(shù)已經(jīng)押成為現(xiàn)代制造偉工業(yè)的關(guān)鍵工得藝之一。全新曾的焊接工藝，案不但可以提高原焊接質(zhì)量和外盒形美觀，而且叢保證了裝配中萄的無(wú)余量裝配執(zhí)。這樣一來(lái)，沖質(zhì)量提高，生足產(chǎn)成本降低，填大大提高了產(chǎn)灘品競(jìng)爭(zhēng)力。作撓為處于基礎(chǔ)地窗位的節(jié)點(diǎn)焊接座研究課題，可傭以探索焊接變蘇形的基本規(guī)律錯(cuò)，為深入研究收打下基礎(chǔ)，同攪時(shí)也扯可以欣學(xué)習(xí)到科學(xué)研鍛究的基本長(zhǎng)思想濕和研究方法。物5.2紡嘆榆結(jié)論及啟示重本文對(duì)焊接過(guò)范程產(chǎn)生的溫度苦場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)以趟及焊后的評(píng)變形姓進(jìn)行了三維實(shí)簡(jiǎn)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬，宵并通過(guò)實(shí)例計(jì)來(lái)算提出了基捷于脖ANSYS漏軟件的焊接溫規(guī)度場(chǎng)、應(yīng)力和役固有應(yīng)變的模吉擬分析方法。依通過(guò)本文的研漲究耳可以得出懷下述陪結(jié)論正：慕1核、本文利用的爭(zhēng)溫度場(chǎng)和應(yīng)力停場(chǎng)含間接蔬計(jì)算法在一定當(dāng)范圍內(nèi)能較準(zhǔn)也確地模擬出焊反接溫度場(chǎng)和應(yīng)胡力場(chǎng)，對(duì)解決尺熱燙-瓜結(jié)構(gòu)迫耦合旱的焊接分析有燙一定燕參考意義。戀2駱、通過(guò)高斯熱軋?jiān)吹囊苿?dòng)加載氧，與實(shí)際的焊豈接熱源更加接蹦近。并采漲用稼ANSY都S雖的帳APD容L周語(yǔ)言編寫(xiě)了一泉套袋模擬詞焊接過(guò)程初中溫度違、應(yīng)力和變形牙的三維動(dòng)態(tài)模稠擬程序，段方便后面的固姿有應(yīng)變分析。呢3續(xù)、奮利用本程序摟對(duì)焊接速度、貍有效熱功率和喜電弧加熱半徑緒等不同因素進(jìn)罵行押模擬積是勸可以對(duì)焊接工耀藝豈優(yōu)化設(shè)計(jì)波，窗從而巡減少妄試驗(yàn)藝數(shù)量。削4催、雖然文中的虜實(shí)例分析只是獨(dú)較小尺寸的蠶模擬，但只要載存儲(chǔ)空間和計(jì)凍算機(jī)內(nèi)存足夠良，本文所提出羊的模擬分析方拴法珠可以媽推廣到各種尺府寸規(guī)格、各種坐接頭套形式的焊接過(guò)家程的計(jì)算分析慧中去。同5.3簽刮饞今后的工作展堂望售作為本文的延擱伸，在今后的礦研究工作中葬還需挎完成以下工作假：仆1灘、將十字形節(jié)壓點(diǎn)的計(jì)算模型困更好的與實(shí)際兔結(jié)合，使之能烤夠精確的完成愁對(duì)實(shí)際十字形苦節(jié)點(diǎn)的焊接變鏈形預(yù)測(cè)。疤2本、在角接焊的任基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)矮對(duì)對(duì)接焊焊接泊溫度場(chǎng)的分析薪，通過(guò)謀試驗(yàn)僅等方法實(shí)現(xiàn)對(duì)棕多道對(duì)接焊焊晨接溫度場(chǎng)的瞬潛態(tài)模擬，得到潛溫度分布，系為丈預(yù)測(cè)對(duì)接焊的逼焊接變形打下隆基礎(chǔ)。揀3齊、與鋼結(jié)構(gòu)生臟產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際泳相結(jié)合，進(jìn)一擺步積累不同板效厚、不同焊接粥條件、不同結(jié)參構(gòu)形式的六固有應(yīng)變數(shù)據(jù)怎，網(wǎng)為精確預(yù)測(cè)大慢型景焊接貴節(jié)點(diǎn)的變形打備下基礎(chǔ)。潤(rùn)4飛、將復(fù)雜的空交間節(jié)點(diǎn)與平板遭焊接變形研究瓜方法結(jié)合起來(lái)艇，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜榨構(gòu)件的焊接變甜形預(yù)測(cè)，并進(jìn)粥一步簡(jiǎn)化計(jì)算帶過(guò)程，并實(shí)現(xiàn)爬其程序化。組5換、為實(shí)現(xiàn)十字癢形節(jié)點(diǎn)的焊接希變形精確預(yù)測(cè)遙，還有大量具僻體的工作要做枝，特別是理論煮計(jì)算要與灌試驗(yàn)亞相結(jié)合，才能篩進(jìn)一步企解決蠟對(duì)不同焊接形紡式，不同材料幅，不同結(jié)構(gòu)形翅式的焊接變形廊預(yù)測(cè)。春第酬6遷章良皮APDL抬命令流語(yǔ)言隨!-----保------顆------倒------驕------即------襲------舌------挪------午------囑------原-----!掏!做鋼結(jié)構(gòu)十字形洗節(jié)點(diǎn)固有應(yīng)變翁的研究通用化面程序栗!-----案------曠------并------擠------蹤------鋼------爪------誘------產(chǎn)------追------桌-----!FINISH/CLEAR俘/CONFI欲G,NRES打,3000盛/FILEN始AME害,WORKS得1簽果扶!丟設(shè)置工作文件督名和工作標(biāo)題海/TITLE救,Inher參entSt秤rainR滿(mǎn)esearc聰hofC鄰ross-s獨(dú)haped忽Joint幣inSte敏elStr技ucture/PREP7脊ET,1,S胡OLID70薄士申省說(shuō)愈!授定義單元類(lèi)型德MPTEMP渣,1,20,劉500,10衫00,150縱0,2000像籍孫!院5顛個(gè)溫度數(shù)據(jù)點(diǎn)熄MPDATA班,C,1,1墊,470E5撥,650E5析,730E5罵,810E5布,900E5滴汗MPDATA絮,KXX,1犬,1,47E座2,40E2衡,30E2,堪37E2,1詞20E2蔑簽MP,DEN案S,1,78役50E-9落!-----您------潔------靠------徒--飼-隔建立幾何模自型連------玉------默------職------您------鑄--!顫ETA=睬0.75傳戶(hù)正獎(jiǎng)木!投院熱源效買(mǎi)率蓮頸殃里U=20歷啟逮介雀剛!合榨電壓踩I=180紐雜眠伙句襯!鳥(niǎo)吹電流蓬Q=(ETA挺)*U甜*I*100繳000谷鄰傘!收從熱源瞬時(shí)給焊趨件的熱能欺RADIUS暮=7蜻時(shí)繼吵曠!論RADIU儲(chǔ)S逢—涂—沒(méi)熱有效半徑限qmax=(認(rèn)(Q*3/R棟ADIUS*惑*2)/3.品141592脈6)護(hù)!慘加熱中心最大孤熱流值滔V=6深踐蠻昏包謊!廁焊接速度棄LX=200倘礎(chǔ)斷奏紐英偶稠按LY=10倦鐮仇忽饅嗽榴攝劫LY1=-4LY2=15LY3=50腫LZ=-4秀收雁緒聰固LZ2=10敬侵挪圖始澆濫撕終LZ3=15騰LZ4=30逢勺翼厘桂歡廢BLOCK引,0,LX,羅0,LY,L憐Z,0劍貞圓!繞防定義幾何模型劃BLOCK,遺0,LX,L叔Y1,0,L馳Z,0鼻BLOCK,軋0,LX,L帝Y1,0,0印,LZ2嘆BLOCK,萄0,LX,L喊Y,LY2,土LZ,0怕BLOCK,炎0,LX,L獻(xiàn)Y1,0,L塌Z2,LZ3要BLOCK,興0,LX,L捏Y2,LY3尖,LZ,0表BLOCK,毒0,LX,L腦Y1,0,L爛Z3,LZ4啞VSEL,A濃LL洪魄園涉疾!翅督面粘貼睜FLST,2犯,7,6,O件RDE,2巨伴FITEM,疲2,1盆FITEM,排2,-7辮VGLUE,洲P51X撿!-----霧------黨------多------裙---羅-夠建立有限元模媽型襲------歐------鑄------察------扯--!哈ESIZE,聚1,0,弦FLST,5稠,3,6,O食RDE,3肚軋F(tuán)ITEM,掉5,1竹FITEM,返5,8禽FITEM,秩5,11崖VSEL,妨,,,P輔51X純VMESH,律ALL瞞ESIZE,盆4,0,依FLST,5扭,2,6,O旅RDE,2警縣FITEM,巧5,9亮FITEM,帶5,-10漏巖VSEL,基,,,P泰51X仰VMESH,跪ALL燈ESIZE,校8,0,跑FLST,5隨,2,6,O刮RDE,2坑摘FITEM,攜5,12由講FITEM,惑5,-13聰數(shù)VSEL,灌,,,P養(yǎng)51X幕VMESH,飛ALLALLSELFINISH/SOLUL=LX瓶NUM_TI冤ME=L/V洽+1+150黃NUM_TI遮ME1=L/跨V+1級(jí)NUM_X=寫(xiě)L+1鑒!-----累------除------夸------缸------扣-孕-家定義數(shù)望組掌FLUX2-恥------獄------似------器------撒------伴!怒*DIM,F賽LUX2,T售ABLE,N跪UM_TIM礎(chǔ)E,NUM_系X,LY+1湊,TIME,劃X,Y先*DO,K,啦1,LY+1儉,1沒(méi)*DO,I,桿1,NUM_夢(mèng)TIME,1鼓!秋定血義發(fā)TIM段E涂坐標(biāo)值鄭FLUX2(勒I,0,K)記=I-1*ENDDO愁!賴(lài)定蕩義翻X季坐標(biāo)值盒*DO,J,炮1,NUM_斯X,1期FLUX2(黎0,J,K)避=J-1*ENDDO抬!哀定憐義她Y盜坐標(biāo)值話(huà)FLUX2(丈0,0,K)客=K-1*ENDDO冬*DO,AN承TIME,1鎖,NUM_T祥IME,1磚*DO,W,使1,RADI盆US+1,1薪*DO,N,側(cè)1,NUM_拿X,1若XDIST=草ABS((A繩NTIME-搖1)*V-(丑n-1))戶(hù)*IF,AN攤TIME,L屆E,NUM_黨TIME1,嫌THEN茫*IF,SQ院RT((XD棟IST)**庸2+(W-1肌)**2),壁LE,RAD燕IUS,TH棋EN趟GAUSS2致=qmax/夫EXP((3菌/RADIU緩S**2)*櫻((XDIS溉T)**2+眠(W-1)*叮*2))錄FLUX2(秒ANTIME播,N,W)=新GAUSS2*ELSE舞FLUX2(密ANTIME竹,N,W)=因0*ENDIF*ELSE睛FLUX2(灶A(yù)NTIME亡,N,W)=漢0*ENDIF*ENDDO*ENDDO*ENDDO聯(lián)!-----扁------個(gè)------懲------風(fēng)------販--財(cái)-腔定義數(shù)救組疾FLUX3-蕉------掘------嫌------釀------胞-----!懸*DIM,F稼LUX3,T鹿ABLE,N始UM_TIM術(shù)E,NUM_口X,LZ2+必1,TIME頁(yè),X,Z高*DO,I,敗1,LZ2+貴1,1蘆*DO,J,傲1,NUM_餓TIME,1都!框定妥義拴TIM臟E郵坐標(biāo)值伴FLUX3(饅J,0,I)捷=J-1*ENDDO菠!擱定拌義六X溪坐標(biāo)值陶*DO,K,塑1,NUM_炸X,1徑FLUX3(啊0,K,I)澤=K-1*ENDDO攤!凳定外義堡Z倘坐標(biāo)值批FLUX3(誦0,0,I)灰=I-1*ENDDO丈*DO,AN玩TIME,1拘,NUM_T艱IME,1小*DO,W,較1,RADI鍵US+1,1孩*DO,N,鉆1,NUM_盜X,1強(qiáng)XDIST=約ABS((A叢NTIME-薄1)*V-(姓n-1))谷*IF,AN僻TIME,L半E,NUM_飛TIME1,寫(xiě)THEN組*IF,SQ敵RT((XD春IST)**友2+(W-1志)**2),萄LE,RAD惡IUS,TH壯EN索GAUSS2察=qmax/皇EXP((3戰(zhàn)/RADIU五S**2)*擠((XDIS治T)**2+泉(W-1)*澆*2))探FLUX3(慶ANTIME挑,N,W)=倉(cāng)GAUSS2*ELSE擦FLUX3(扣ANTIME沉,N,W)=暑0*ENDIF*ELSE顛FLUX3(怕ANTIME汪,N,W)=皺0*ENDIF*ENDDO*ENDDO*ENDDO討!-----紅------換------擦------拼------贊---仙-逢熱求編解午------冷------旨------密------穩(wěn)------蹦!害ANTYPE燕,姿TRANS殿眼拿趟!避劃熱分析求解收TUNIF,歲20郊連起究采!真惠設(shè)置參考溫度倆TOFFST純,273消組淡角害!恐覺(jué)定義溫度偏移欄量寬KBC,1掘干壁闖夏民!那籍將載荷選擇階右越施加方式撲*SET,D患ELT,1耽TIM肆INT,ON勸勇潤(rùn)聾服!令影打開(kāi)結(jié)構(gòu)分析是時(shí)間積分選項(xiàng)對(duì)FLST,2逼,1,5,O識(shí)RDER,1爛FITEM,朗2,2/GO賓SFA,P5煌1X,1,H云FLUX,%桌FLUX2%文導(dǎo)!如崖施加熱流密度咽面荷載賞FLST,2省,1,5,O礎(chǔ)RDER,1逗FITEM,訊2,55/GO分SFA,P5籌1X,1,H珠FLUX,%臭FLUX3%去飽卸!牲崖施加熱流密度還面荷載涂ASE鼻L,ALL瓣泡堂復(fù)拳郵!甩惹施加對(duì)流系數(shù)鑰ASEL,U宏,AREA,侵,2省ASEL,U燙,AREA,砍,55踐SFA,AL紹L,1,CO尺NV,11,揮20榆ASEL,A嚴(yán)LL霧*DO,TM秧,1e-6,啞NUM_TI挪ME,2詢(xún)TI網(wǎng)ME,TM裝榜纏頓盒!譯鎖定義求解時(shí)間非AUTOTS囑,ON增DELTIM叨,1,0.枯05,2碑昨問(wèn)靠!炒爬時(shí)間步控制蔽KBC,0奧嘆協(xié)艷健蜘!湖不設(shè)置為斜坡載護(hù)荷握T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