【正文】 元分析相結(jié)合,循序漸進(jìn)的技術(shù)路線和步驟，主要研究?jī)?nèi)容如下：(1)建立可行的焊接工字形梁焊接處的三維溫度場(chǎng)及殘余應(yīng)力的動(dòng)態(tài)模擬分析方法。通過近年來三維焊接應(yīng)力變形數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀，取得的進(jìn)展和現(xiàn)有關(guān)鍵問題的分析可知，提高模擬計(jì)算的精度和效率是今后焊機(jī)模擬的關(guān)鍵問題[40]：(1)采用合適的熱源模型和動(dòng)態(tài)可逆自適應(yīng)網(wǎng)格生成技術(shù)可以減少網(wǎng)格和結(jié)點(diǎn)數(shù)目，在保證計(jì)算精度的同時(shí)，可大大提高運(yùn)算效率,但其技術(shù)細(xì)節(jié)及準(zhǔn)確性等迄今尚無報(bào)道；(2)通過適當(dāng)調(diào)整材料高溫性能參數(shù)有利于有限元解的收斂性，提高計(jì)算效率。 焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬的發(fā)展趨勢(shì)利用計(jì)算機(jī)研究焊接應(yīng)力和變形問題始于20世紀(jì)60年代，主要研究一維焊接應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)制[41]。同年哈爾濱工業(yè)大學(xué)的張壯南等人通過比較試驗(yàn)和有限元分析,研究了焊接殘余應(yīng)力對(duì)單軸對(duì)稱工字形懸伸梁和連續(xù)梁的整體穩(wěn)定承載力影響，并在其博士論文[39]中采用截面法對(duì)焊接單軸對(duì)稱工字形截面的殘余應(yīng)力分布進(jìn)行了測(cè)量，根據(jù)實(shí)測(cè)值，建立了接近試驗(yàn)情況的單軸對(duì)稱工字形截面殘余應(yīng)力分布模型[11]。1996年，顧強(qiáng)陳和紹蕃，應(yīng)用熱彈塑性應(yīng)力分析理論，有限元法計(jì)算了厚板焊接箱型截面的殘余應(yīng)力分布[34]。Cleition Carvalho Silva,Jesualdo Pereira Farias 等人用手工電弧焊對(duì)小管進(jìn)行了對(duì)接焊，并用X射線測(cè)量?jī)x器進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)在相似的焊接參數(shù)條件下，殘余應(yīng)力得到兩種結(jié)果，即可能很大，也可能很小，但是他們還沒有確定到底是哪種參數(shù)的小改變導(dǎo)致焊接殘余應(yīng)力的不一致性[31]。焊接應(yīng)力應(yīng)變的研究與計(jì)算機(jī)的發(fā)展密切結(jié)合，向著更加精確和細(xì)致的方面拓寬，對(duì)影響焊接應(yīng)力應(yīng)變的因素考慮越來越多，90年代，焊接應(yīng)力應(yīng)變開始考慮焊接過程當(dāng)中熱源的輻射問題、焊接過程中金屬熔化產(chǎn)生的熔敷現(xiàn)象和焊接構(gòu)件和空氣之間的熱傳遞的問題，Mahin等人在考慮了以上的因素的條件下，還考慮了溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的耦合關(guān)系，選用實(shí)驗(yàn)的方法來矯正熱源的分布趨勢(shì)，計(jì)算出的焊接應(yīng)力和用衍射中子得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好的得到了吻合；接下來T對(duì)于尺寸稍大的構(gòu)件，僅僅的解析方法無法滿足分析的需求，人們開始向計(jì)算機(jī)程序編寫的方面推進(jìn)，首次應(yīng)用編寫的程序模擬一維板中堆焊由Tall等人完成 [14]。二維分析的局限性，推動(dòng)了焊接熱分析向三維方面發(fā)展，但是，三維分析也面臨著各種難題，有待解決，這些難題都是基于焊接本身各種因素的非線性的特點(diǎn)產(chǎn)生的，而不管是幾維問題都要急需攻克的一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，就是收斂和精度效率問題，由于大的非線性使得整個(gè)計(jì)算過程收斂十分困難，計(jì)算時(shí)間過長(zhǎng)，王建華(上海交通)和日本大阪大學(xué)進(jìn)行了三維問題的研究探討，就三維分析中的關(guān)鍵問題，收斂和精度效率問題加已分析，提出了一些解決的方法，而且對(duì)一些實(shí)例進(jìn)行了實(shí)際的模擬分析，對(duì)三維分析還有待進(jìn)一步的研究，以能在保證又快又準(zhǔn)確的條件下，更好的模擬復(fù)雜構(gòu)件 [2022]。計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速崛起，帶動(dòng)了焊接熱過程數(shù)值分析的發(fā)展，對(duì)焊接熱過程的分析由實(shí)驗(yàn)階段進(jìn)入到了數(shù)值模擬，1966年Wi1Son和Nicken首次在固體的熱傳遞中應(yīng)用了有限元技術(shù)；隨著時(shí)間的進(jìn)一步的推移，有限元的方法的到了上田辛雄得應(yīng)用，其比前人前進(jìn)的方面在與他考慮了在焊接過程中十分重要的問題就是鋼材材料在高溫下的非線性的變化過程，從此焊接熱分析被推進(jìn)到了塑性分析的階段，大大使動(dòng)態(tài)過程由繁到簡(jiǎn)；隨著加拿大的 Poley和Hibbert論文的發(fā)表，對(duì)焊接熱過程的分析由原來的單單有限元的理論分析，發(fā)展為可以編制簡(jiǎn)單的程序，可以對(duì)一些截面(矩形外)、單雙焊縫、各種坡口焊進(jìn)行焊接；接下來T針對(duì)以上的情況，本文應(yīng)用Ansys對(duì)單軸對(duì)稱焊接工字梁進(jìn)行焊接殘余應(yīng)力三維數(shù)值模擬分析，從而彌補(bǔ)單軸對(duì)稱焊接工字梁在殘余應(yīng)力分析方面的不足，該研究成果無論是對(duì)承載力設(shè)計(jì)還是工藝設(shè)計(jì)都有一定的參考價(jià)值?，F(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB500172003)[7]中，包含了焊接構(gòu)件的變形和殘余應(yīng)力影響條件下的軸心受力焊接構(gòu)件的整體穩(wěn)定的系數(shù)，規(guī)范中鋼結(jié)構(gòu)劃分為了8種不同的類型，是根據(jù)焊接結(jié)構(gòu)所選用的焊接時(shí)候的焊縫的形式的不同。因此，分析焊接殘余應(yīng)力對(duì)單軸對(duì)稱焊接工字梁整體穩(wěn)定的影響，為其整體穩(wěn)定設(shè)計(jì)提供參考，成為本課題的目的。應(yīng)力腐蝕開裂(簡(jiǎn)稱應(yīng)力腐蝕)是拉應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)共同作用下產(chǎn)生裂縫的一種現(xiàn)象，在一定的材料和介質(zhì)的組合下發(fā)生。而機(jī)械切削加工把一部分材料從工件切去，如切削掉的是承受殘余應(yīng)力的部分金屬，破壞了原來工件中殘余應(yīng)力的平衡，焊件則產(chǎn)生變形(稱為二次變形)，從而使殘余應(yīng)力重新分布，以求得新的平衡。對(duì)翼緣的寬度與厚度的比值(B/t)較大的H形截面，壓縮殘余應(yīng)力將降低翼緣的局部穩(wěn)定性。應(yīng)該指出，殘余應(yīng)力的影響只在構(gòu)件的一定的長(zhǎng)細(xì)比范圍內(nèi)起作用。構(gòu)件截面上的壓縮殘余應(yīng)力將與外載引起的壓應(yīng)力疊加。當(dāng)外載產(chǎn)生的應(yīng)力與結(jié)構(gòu)中某區(qū)域的殘余應(yīng)力疊加之和達(dá)到屈服點(diǎn)時(shí)，這一區(qū)域的材料就會(huì)產(chǎn)生局部塑性變形，喪失了進(jìn)一步承受外荷載的能力，造成結(jié)構(gòu)的有效截面積減小，結(jié)構(gòu)的剛度也隨之降低。當(dāng)應(yīng)力循環(huán)的平均值增加時(shí)，其極限幅值就降低，反之則提高。(2)殘余應(yīng)力對(duì)疲勞強(qiáng)度的影響。例如，雖然材料具有足夠的塑性，但在低溫環(huán)境下存在三向拉伸殘余應(yīng)力作用的情況下，會(huì)阻礙塑性變形的產(chǎn)生，從而也會(huì)大大降低構(gòu)件的承載能力。如果材料具有足夠的塑性，且結(jié)構(gòu)的受力特征使得其在承載后能充分表現(xiàn)其塑性變形能力，則當(dāng)疊加后的應(yīng)力峰值達(dá)到后就不再增加，僅產(chǎn)生塑性變形。而用有限元方法數(shù)值求解時(shí)，原則上允許考慮任何復(fù)雜的情況。(2)不同類型焊接熱源的影響。熱導(dǎo)率、比熱容、密度或由這幾個(gè)參數(shù)聯(lián)合表示的熱擴(kuò)散率，是影響焊接溫度場(chǎng)分布的主要物理參數(shù)。 產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力的情況可以應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)法則來判斷：熱應(yīng)力為最后冷卻的區(qū)域，焊接拉伸應(yīng)力為主，焊接壓應(yīng)力是在相變的應(yīng)力為主時(shí)。綜合上面的各種原因，對(duì)其的研究以逐步的成為結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的重點(diǎn)課題[3]。焊接的技術(shù)核心通常是構(gòu)件局部加熱熔化,隨后是連續(xù)的冷卻[3]。 uniaxial symmetry beams with web biaxial residual stress distribution curve symmetrical crosssection of different web residual stress distribution curve, the residual stress at both ends of the web is not as symmetrical, close to the lower flange side of the residual pressive stress is less than one near the top flange side of the residual pressive stress, trapezoidal distribution. This is due to the different upper and lower flange width of the temperature distribution caused by different, resulting in asymmetric distribution of residual stress.By studying the beam flange width to thickness ratio, web thickness ratio, the upper and lower flange width and other parameters of the uniaxial symmetry than the crosssection shows the residual stress effects: on the flange width to maintain the same in the case, change the thickness of the flange, with the flange width to thickness ratio decreases, the upper and lower flange and web of residual stress gradually decreases with increase in tension zone trends。這是由于上下翼緣寬度不同造成溫度場(chǎng)分布不同，從而導(dǎo)致殘余應(yīng)力的不對(duì)稱分布。單軸對(duì)稱焊接工字梁殘余應(yīng)力研究摘要：焊接殘余應(yīng)力是影響梁整體穩(wěn)定的重要因素，在梁整體穩(wěn)定設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮殘余應(yīng)力對(duì)梁的影響。本文以焊接過程的有限元理論為基礎(chǔ)，總結(jié)前人的經(jīng)驗(yàn)和成果，應(yīng)用大型通用軟件ANSYS對(duì)焊接過程進(jìn)行三維數(shù)值模擬，首先采用間接法，對(duì)現(xiàn)有單雙軸對(duì)稱截面焊接工字梁實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，以生熱率的形式施加熱源，同時(shí)通過“控制單元的生死”有效模擬了焊縫金屬的填充、熔化和凝固過程，有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果比較吻合，證實(shí)了計(jì)算模型的有效性，為用有限元分析焊接工字形截面梁殘余應(yīng)力提供了一種方法，并對(duì)單雙軸對(duì)稱截面焊接工字梁殘余應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算對(duì)可知：?jiǎn)屋S對(duì)稱截面梁上下翼緣殘余應(yīng)力分布曲線與雙軸對(duì)稱截面上下翼緣殘余應(yīng)力分布區(qū)曲線類似，呈拋物線分布，但單軸對(duì)稱截面上下翼緣殘余應(yīng)力在數(shù)值上并不完全相同，殘余壓應(yīng)力在數(shù)值上有一定差別；單軸對(duì)稱截面梁腹板殘余應(yīng)力分布曲線與雙軸對(duì)稱截面腹板殘余應(yīng)力分布曲線不同，腹板兩端的殘余應(yīng)力并不成對(duì)稱分布，靠近下翼緣一側(cè)的殘余壓應(yīng)力要小于靠近上翼緣一側(cè)的殘余壓應(yīng)力，呈梯形分布。關(guān)鍵詞：焊接殘余應(yīng)力；數(shù)值模擬；單軸對(duì)稱工字梁；生死單元 AbstractWelding residual stress is the effect of the whole stability of the important factors beam, the overall stability in beam design should be considered in the influence of the residual stress of the beam. Our current steel structure specifications (GB500172003) only put forward the dual axle welding symmetrically strander overall stability coefficient of the beam, and other section can only borrow, if appropriate, need to be further proof. Therefore, this paper single beam welding of axisymmetric encountered residual stress in research, for its overall stability provides reference for the design.In this paper, the finite element welding process based on the theory, summed up the experiences and results, a large generalpurpose application software ANSYS threedimensional numerical simulation of welding process, first using the indirect method, symmetrical crosssection of existing singleaxis beam welders experiment simulation, in order to impose the form of heat rate of heat at the same time through the control unit of the life and death Effective simulation of the weld metal filling, melting and solidification process, finite element analysis good agreement with the experimental results, confirming the effective putational model sex, for the use of finite element analysisshaped crosssection beam welders provide a method of residual stress, and singleaxis symmetrical crosssection beam welders for residual stress calculation shows that: the upper and lower flange section beam axis symmetrical residual stress distribution curve symmetrical crosssection from top to bottom flange with the biaxial residual stress distribution curve is similar to a parabolic distribution, but the uniaxial symmetry section of the upper and lower flange residual stress are not identical in value, the residual pressive stress there are some differences in values。 Numerical simulation；Monos