【正文】 點(diǎn)、面和體熱源，是熱源施加的三種形式。網(wǎng)格的劃分合適與否直接影響了計(jì)算結(jié)果的精度和計(jì)算效率。一般稱這種涉及兩個(gè)或多個(gè)物理場相互作用的問題為耦合場分析。材料的熱焓 ENTH可以通過在 ANSYS中定義材料屬性的時(shí)候直接指定，也可不特別的指出。使用實(shí)常數(shù) TCC，它可以是時(shí)間與溫度的函數(shù)。以機(jī)械加工為列，往往需要估算和控制工件溫度場；分析不同工作條件下，不同材料及幾何形狀對溫度場變化的影響；以及防止加工過程中缺陷的產(chǎn)生。 假設(shè)材料在塑性區(qū)域內(nèi)的屈服條件： ? ? ? ?Tff p ,0 ?? ? () 上式子中： f 屈服函數(shù) 。 (3)強(qiáng)化準(zhǔn)則 強(qiáng)化準(zhǔn)則描述了初始屈服準(zhǔn)則隨著塑性應(yīng)變的增加是怎樣發(fā)展的，有兩種計(jì)算模型組合，隨動(dòng)強(qiáng)化準(zhǔn)則和等向強(qiáng)化準(zhǔn)則 [13]。 塑性理論 (1)屈服準(zhǔn)則 該準(zhǔn)則規(guī)定了開始時(shí)候材料的塑性應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)，一個(gè)單值的等效應(yīng)力被計(jì)算得出，通過與屈服強(qiáng)度進(jìn)行比較來確定材料何時(shí)屈服 [13]。可以把整個(gè)時(shí)間域劃分成若干個(gè)時(shí)間的單元，逐個(gè)的推導(dǎo)出時(shí)間域各個(gè)瞬間時(shí)間段的溫度場函數(shù) ??tT 值。由于時(shí)間域和空間域兩種函數(shù)的不耦合性，在建立有限元是應(yīng)用部分離散的方法。 從圖 我們不難看出，在做焊接過程有限元分析時(shí)，由于焊接溫度場和顯微組織變化對焊接應(yīng)力場的影響要大于后者對后者的影響，所有只需要考慮前者對后者的影響，就可以滿足要求即考慮單向耦合。然 后建立單軸對稱焊接工字梁模型，計(jì)算模型在不同參數(shù)下的焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律。 由于焊接過程的復(fù)雜性以及焊接結(jié)構(gòu)三維數(shù)值模擬中自由度大、計(jì)算效率低、計(jì)算精度難以保證等特征。 20xx年清華大學(xué)的楊文等人 針對鋼板對接焊縫及腹板與翼緣角 焊縫連接的工字型截面梁，研究了焊接的溫度場，殘余應(yīng)力分布及殘余變形，并且通過有限元計(jì)算進(jìn)一步研究了由于焊接殘余應(yīng)力的存在，熱影響區(qū)內(nèi)鋼材受力性能的變化 [38]。 近年來， ， ， 點(diǎn)焊焊前和焊后的溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行了 ANSYS數(shù)值模擬，得到隨著焊接時(shí)間加長，焊縫周圍的拉伸殘余應(yīng)力有減小的趨勢，而隨著焊接電壓的升高，拉伸殘余應(yīng)力有加強(qiáng)的趨勢 [30 ]。 起初對焊接應(yīng)力應(yīng)變的分析從一維的問題開始，應(yīng)用圖解法分析焊接過程，其中奧凱爾布洛母等人 (前蘇聯(lián)學(xué)者 )在分析中加進(jìn)了溫度變化對于材料屬性的影響 [13]。 對焊接過 程的研究由原來的知識在理論層面的研究，轉(zhuǎn)換到了實(shí)驗(yàn)研究上，一切理論的產(chǎn)生都要以大量的實(shí)驗(yàn)為理論基礎(chǔ)，在實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)積累和測量的方面，木原博、稻埂道夫和 Adames 等人做出了大量的貢獻(xiàn)，他們從前人的已有的理論為基本點(diǎn)，結(jié)合自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過一系列的整理和檢驗(yàn)，推導(dǎo)出了在各種不一樣的條件下比應(yīng)用數(shù)學(xué)解析方法得出的方程的結(jié)果，更加的準(zhǔn)確的焊接過程的熱傳導(dǎo)方程，采用這種方法也存在著一定的弊端，實(shí)驗(yàn)時(shí)間和精度方面的問題有待進(jìn)一步的解決 [13]。 近年來，焊接殘余應(yīng)力對結(jié)構(gòu)承載能力的影響引起人們越來越多的關(guān)注。 (6)殘余應(yīng)力對應(yīng)力腐蝕開裂的影響。此外，當(dāng)桿件的長細(xì)比較小 (30)，相對偏心又不大 (()時(shí)，其臨界應(yīng)力主要決定于桿件的全面屈服，殘余應(yīng)力也不致產(chǎn)生大的影響。 (4)殘余應(yīng)力對壓桿穩(wěn)定性的影響。結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度與應(yīng)力循環(huán)的特征有關(guān)。但若因結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)或結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)使得其內(nèi)在的塑性變形能力不能在承載后充分地表現(xiàn)出來，則殘余應(yīng)力將影響構(gòu)件的承載能力。在函數(shù)解析求解焊接溫度場時(shí)，這種分類可使最終的計(jì)算公式簡化。以熔焊方法為例，影響焊接應(yīng)力產(chǎn)生的主要因素有以下 2 個(gè)方面 : (1)材料物理特性和力學(xué)性能的影響。焊接構(gòu)件的焊接接頭的疲勞強(qiáng)度的問題和鋼材的剛性的問題的影響因素在于，焊接時(shí)候的溫度、焊接時(shí)候所處的環(huán)境及在焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力問題，在這三方面問題的共同作用下產(chǎn)生的，還會(huì)對結(jié)構(gòu)的抵抗脆斷的性能、腐蝕開裂的性能及其在高溫下的蠕變開裂的性能產(chǎn)生降低的效果。 關(guān)鍵詞：焊接殘余應(yīng)力；數(shù)值模擬；單軸對稱工字梁；生死單元 Abstract Welding 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 ( GB5001720xx) 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 referen ce 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 throu gh 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 symmetrica l 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。單軸對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)力對梁的影響。 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 wid th 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。綜合上面的各種原因，對其的研究以逐步的成為結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的重點(diǎn)課題 [3]。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，是影響焊接溫度場分布的主要物理參數(shù)。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 。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。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。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。對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)力腐蝕開裂 (簡稱應(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。 現(xiàn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范 (GB5001720xx)[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。 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 N icken 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；隨著加拿大的 Poley 和 Hibbert 論文的發(fā)表，對焊接熱過程的分析由原來的單單有限元的理論分析，發(fā)展為可以編制簡單的程序，可以對一些截面 (矩形外 )、單雙焊縫、各種坡口焊進(jìn)行焊接；接下來 T對于尺寸稍大的構(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]。 Cleition Carvalho S ilva,Jesualdo Pereira Farias 等人用手工電弧焊對小管進(jìn)行了對接焊，并用 X射線測量儀器進(jìn)行測量，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]。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)力對單軸對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 [