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合金板焊接的有限元分析

发布于:2016-05-12 21:34
有限元分析

      焊后残余应力和变形主要是由焊接加热及焊后冷却过程中产生的大梯度温度场所导致,残余应力常常被认为是焊接构件产生冷裂纹、应力腐蚀、脆性断裂、疲劳断裂等失效形式的主要因素。随着计算机性能的提高和有限元分析技术的发展,焊接过程的数值模拟与分析逐渐成为人们预测焊接结构残余应力与变形的一种重要手段。
      在厚板焊接中,考虑到焊接方法中熔宽及熔深大小的局限性,一般工程上采用多层多道焊的方法。目前广泛采用的模拟焊缝材料增减的有限元分析方法有三种:生死单元法、静态单元法和节点动态松弛法。
    (1)生死单元法是在焊接之前把焊缝单元先“杀死”,其原理是将其材料参数乘以一个很小的接近于零的因子,随着焊缝金属的添充这些“死单元”再逐步被激活,此时单元的材料属性恢复到真实值。而在使用生死单元法分析时,由于“杀死”的单元的节点在激活前不参与有限元计算,“杀死”的单元无法和“活单元”的节点进行协调变形,使这些“死单元”在激活之后与已经激活的单元的网格发生畸变,导致计算结果出错甚至计算终止。
    (2)静态单元法是在焊道未填充之前将代表焊道单元的材料性能按比例缩小为一个较小的值以减少对母材和已填充焊道的影响,当焊道填充时,单元的材料属性恢复到真实值。而使用静态单元法分析时,在单元的材料性能设置很小的情况下,刚度矩阵元素差异很大,从而导致计算求解的困难,有限元分析的效率会大大降低,甚至计算不收敛。
    (3)节点动态松弛法主要分析大变形、大位移的焊接问题。针对合金板的多层多道焊应力的模拟问题,采用静态单元法进行有限元分析,主要讨论不同的静态单元参数模拟结果的差异,通过对模拟的数据分析而得到最佳的静态单元参数。研究得到的结论对采用静态单元法模拟焊接力知识题中如何平衡计算精度与计算时间有一定的参考价值。
      研究中分析所建立的模型是基于两块300mmX150mmX4mm的合金板,将两块板沿长度方向采用V形坡口焊焊接在一起。焊接后工件的尺寸为300mmX150mmX4mm。 采用两层焊,每一层焊一道,第一道焊结束后不需要冷却,直接进行第二层焊。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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