十字接头焊接残余应力的有限元计算研究.pdf

第三届计算机在焊接中的应用技术交漉会论文集 数值模拟与仿真 十字接头焊接残余应力的有限元计算 天津大学材料学院 陈俊梅霍立兴张玉风王东坡 摘要：焊接过程中不均匀的局部加热．势必会在焊接构件中产生残余应力和变形。残余应力的存在往往降低了 结构的承载能力，甚至造成攒坏事故．本文用Ansys软件对Q235B钢十字接头的焊接残泉应力进行了有限元计算。 关键词： 有限元焊接残余应力+字接头 0前言 电弧焊过程是一个极其复杂的过程，要想精确地了解整个焊接过程中的应力、应变和变形的发 生、发展的动态行为。仅靠实验研究是根难做到的，而求过程的理论解也几乎是不可能的。但由于 电子计算机技术和软件技术的迅速发展，使分析焊接过程的力学过程成为可能。国内外工作者对此 作了许多工作，并取得不少的成就。m如。本文用有限元软件Ansys对国内常用钢Q235B的十字接 头进行了残余应力计算。 1焊接工艺 材料为Q235B，其力学性能如表1所示。接头形式为十字接头。采用船形位置手工电弧焊，所 用焊接参数如表2所示。为了将变形减少到最小．首先将试件进行点焊，然后进行打底焊．最后焊 第二层，焊接顺序见图l。后一焊缝都是在前一焊缝冷却后才开始焊接的，焊后对试件几何参数进 B‘ 彤 ＼① A 小 ／② 图l Q235B钢十字接头焊接顺序 表l Q235B钢的力学性能 材料 屈服强度ol，Iv[Pa 抗拉强度。胡IVlPa 伸长率6脱 望翌i垒 ；!!：! 塑i：i 堑 表2 Q23sB钢十字接头焊接工艺参数 塑堡星塑 堡垒型呈 堡釜亘丝!堕巴 星壁皇i坠 堡堡生匿型 星堡焦堡丛巴里：!：：2 第1层 J427 4 150 22 2．9 第2层 J427 4 150 24 1．8 第三届计算机在焊接中的应用技术交流会论文集 数值模拟与仿其 2焊接残余应力的计算 焊接过程中热传递是局部集中的热输入通过热传导传到结构的其余部位，最后通过边界对流和 辐射释放到空气中的过程。 采用Ansys有限元软件计算焊接残余应力包括两个步骤： 1．焊接过程温度场的非线性分析； 2．结构非线性分析，即根据温度场分析所得结果模拟焊接过程中弹塑性变形． 结构分析使用与温度分析相同的有限元网格。接头采用的有限元网格划分如图2所示。 圈2分析模型 计算采用平面应变条件下的二维热弹塑性有限元分析。分析所用材料的热物理特性和力学特性 如图3所示。应力——应变关系采用随温度变化的双线性模式。 o H E m自mmrr■) 胛—㈣faR目 ‘-矿{‘-一 血j ∞ o∞___∞mmm ……∞m∞ Tm,@m¨tⅣ}1hm{℃} a)Q235B钢热物理性能参数 b)Q235B钢力学性能参数 圈3 Q235B钢焊接残余应力计算所用参敷 量三星生兰墨垄堡鲎主垫星璺垫查奎亟叁望奎叁