【正文】 生效(但仍然在單元載荷的列表中出現(xiàn))，同樣，被“殺死”的 單元的質(zhì)量，阻尼，比熱和其他類似效果也為0值，被“殺死”的單元的能量和質(zhì)量不會再次出現(xiàn)在模型求解結(jié)果中，單元的應(yīng)變在“殺死”的同時也將設(shè)為0，與“殺死”單元類似，單元的“出生”，也不是將其加到模型中，而是重新激活它們，但必須在PREP7中生成所有單元，包括后面要被激活的單元。設(shè)置初始溫度，當(dāng)周圍溫度未知或不均勻時，我們要用一小段時間（）對其進行穩(wěn)運算，計算初始溫度場，保證初始升溫速度為0，然后在把施加的溫度刪除。ANSYS中后處理包括通用后處理POST1和時間歷程后吃力POST26。加載位移邊界條件既要防止在有限元計算過程中產(chǎn)生剛體位移又不能嚴(yán)重阻止焊接過程中的應(yīng)力釋放和自由變形（無外約束情況下）。在對溫度載荷的選擇上，我們要十分的小心，如果控制的不好，去掉了不應(yīng)該去掉的溫度載荷，這樣會對我們的計算結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。隨著熔池里面金屬的熔化，金屬材料所擁有的各種物理力學(xué)性能就開始逐漸的消失，最后幾乎為零。(1)進入前處理PREP7，把熱單元通過ETCHG命令轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的結(jié)構(gòu)單元；(2)定義材料的隨溫度變化的力學(xué)屬性，彈性模量E、泊松比、屈服強度和線膨脹系數(shù)等；(3)因焊接變形為大應(yīng)變問題，故指定塑性分析為雙線性等向強化（BISO），使用等向強化中的Von Mises屈服準(zhǔn)則。ANSYS中提供了五種求解器，一般采用程序自動選擇求解器的方法就可得到較滿意的計算結(jié)果，同時ANSYS中默認(rèn)的迭代次數(shù)，對大部分非線性熱分析也以足夠。同時激活非線性瞬態(tài)時間積分效應(yīng)，采用Full NewtonRaphson（牛頓拉普森）方法，每進行一次平衡迭代，就修正一次剛度矩陣，同時激活自適應(yīng)下降功能，打開自動時間步長及時間步長預(yù)測，激活優(yōu)化的非線性求解、自動線性搜索，比單獨運用自適應(yīng)下降或線性搜索程序的警告信息會大大減少，加強有限元計算的收斂性和計算效率，同時將瞬態(tài)積分參數(shù)THETA設(shè)置為1，加速相變問題的求解。 生死單元技術(shù)焊接過程中,焊縫材料在焊接開始時并不存在, 焊接材料是逐漸依次填充在焊縫中,ANSYS中的“單元生死”技術(shù)可以很好的模擬這一過程。(2)半球狀熱源模型和橢球型熱源模型對于要考慮電弧穿透作用的電子束焊和激光焊等高能束焊接，選用半球狀熱源模型十分合適[55]，半球狀熱源分布函數(shù)： ()熔池在激光焊等情況下不是球時對稱的，是該模型存在的缺點，而橢球型熱源模型的提出改進了這種模型。確定數(shù)值模擬中的熱源模型，即確定合理的焊接熱流分布函數(shù)，使模擬的溫度場符合實際焊接的情況；熱源模型的建立準(zhǔn)則是熔池邊界準(zhǔn)則，即與實際焊接相比輸入形同熱量情況下，如果使用所選熱源模型所模擬得到的熔池區(qū)域邊界與實際焊縫融合線相符，那么就認(rèn)為此熱源模型是合理的[52]；對于現(xiàn)有熱源模型的選擇使用及發(fā)展均以此為準(zhǔn)則作為出發(fā)點，同時這一準(zhǔn)則也為判斷所選模型是否合理提供了依據(jù)；事實上，我們總是依據(jù)不同焊縫的熱源特點和表現(xiàn)出的不同形貌特征來選擇熱源模型，以使得模擬得到的熔池邊界區(qū)域與實際焊縫熔合線相符，這樣得到的焊接溫度場數(shù)值模擬的結(jié)果是能夠滿足焊接力學(xué)分析的要求的。網(wǎng)格的劃分具有規(guī)則形狀，且對載荷的施加和收斂性的控制具有明顯優(yōu)勢的即映射劃分，因此，實際應(yīng)用中一般優(yōu)先選擇映射網(wǎng)格劃分，當(dāng)不能應(yīng)用映射劃分的時候我們在考慮自由劃分。 單元類型的選擇單元的選擇要與所分析問題的類型及其采用的ANSYS分析方法相融合。焊接模擬屬于典型的非線性瞬態(tài)分析，許多材料的熱屬性還不齊全尤其是在高溫度有的還屬于空白，其次在熔化、半熔化狀態(tài)下,材料的屬性參數(shù)非常低，致使有限元剛度矩陣的奇異性增加，解的收斂性和穩(wěn)定性變差,計算時間相應(yīng)增加,有時會出現(xiàn)“鎖死”現(xiàn)象；計算結(jié)果表明，對于未知溫度下的材料屬性可以用插值法和外推法獲得，而在熔點附近溫度區(qū)域的材料的屈服極限適當(dāng)?shù)奶岣?，即對材料的屬性進行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，可以再不影響計算精度的條件下，可以加快計算的收斂[51]。(1)在對流傳熱方面引入了表面效應(yīng)單元SURF15SURF152，此舉使得轉(zhuǎn)動機械的表面膜系數(shù)建模功能大為增大。 本章小結(jié)本章主要對焊接有限元方法進行了簡單的介紹，對焊接模型進行了簡化，描述了熱傳導(dǎo)方程的建立和邊界條件。σ1σ1初始屈服面后繼屈服面初始屈服面 σ2 σ2后繼屈服面 等向強化屈服面變化圖 隨動強化屈服面變化圖 and other to enhand yield surface kinematic hardening yield surfacechange map change map 熱彈塑性有限元分析理論(1)焊接應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系彈性或塑性狀態(tài)下的焊接應(yīng)力和應(yīng)變關(guān)系: ()式中：彈性彈塑性矩陣；與溫度有關(guān)的向量在彈性區(qū): () ()上式子中：為隨溫度變化的線膨脹系數(shù)。材料開始屈服的條件是，等效應(yīng)力超出材料的屈服極限，塑性變形產(chǎn)生。焊接溫度場與應(yīng)力場之間是雙向耦合。瞬態(tài)非線性熱平衡矩陣方程： ()(27)式也可以表示為： ()單元矩陣元素由下列各式給出： ()是單元對熱傳導(dǎo)矩陣的貢獻(xiàn)，式中：, 為微分算子的矩陣形式： ()熱傳導(dǎo)矩陣的單元熱交換邊界修正； ()單元對熱比容矩陣的影響 ()溫度載荷由單元移動熱源對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的 ()溫度載荷由單元給定熱流邊界產(chǎn)生的 ()溫度載荷單元給定對流交換熱邊界產(chǎn)生的這樣就可以在空間域把包含空間域和時間域的偏微分方程離散成為求解個節(jié)點溫度的常微分初值問題。溫度場三維熱傳導(dǎo)控制方程如下： ()式中，—內(nèi)熱源；—材料比熱容；—溫度場溫度分布函數(shù)；—材料密度；—傳熱時間；—材料導(dǎo)熱系數(shù)。 焊接有限元模型的簡化焊接過程是一個涉及到多個學(xué)科共同作用和多個物理現(xiàn)象的復(fù)雜過程。并行操作和高性能數(shù)據(jù)交換開關(guān)是分布式并行系統(tǒng)的開中重要的兩個方面；(4)在焊接物理模擬過程中采用相似理論可以有效減小模擬件的幾何尺寸，減少結(jié)構(gòu)的自由度和計算工作量，盡管結(jié)構(gòu)的尺寸被縮小，位移、溫度應(yīng)力的結(jié)果也很好吻合，節(jié)省計算時間的目的沒有達(dá)到，所以還需要進一步的簡化模型。2008年，西安建筑大學(xué)的馮艷輝在其碩士論文中分析了殘余應(yīng)力對焊接梁的影響[9]。Dean Deng和Hidekazu Murakawa的結(jié)論是在薄板焊接過程中厚度方向幾乎不存在溫度梯度，利用大變形理論數(shù)值模擬結(jié)果與實驗值比較吻合，而利用小變形理論數(shù)值模擬與實驗結(jié)果相差較大[33]。這一年代的又一個突破就是對焊接過程的另一個關(guān)鍵因素的考慮，就是焊接過程中金屬的熔敷產(chǎn)生的相變組織變化 [27]。國內(nèi)對于焊接熱的研究開始于唐慕堯(西安交通)等人，他們對薄板的焊接熱過程的溫度場的進行了分析，得到了其的溫度隨著焊接過程的分布規(guī)律，此規(guī)律符合了，焊接過程中溫度的基本假設(shè)，即準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)分布，并和已有的試驗的結(jié)果對比分析，證明了該方法的正確性，并以此編寫了焊接熱分析的程序 [18]。目前對焊接殘余應(yīng)力研究的理論分析方法尚不成熟，主要通過試驗測量，由于實驗受到各種因素的限制，導(dǎo)致收集的數(shù)據(jù)的精度并不能達(dá)到要求，無法用于實際焊件殘余應(yīng)力的測定[9]。拉應(yīng)力越大，發(fā)生應(yīng)力腐蝕斷裂越快，如有殘余拉應(yīng)力，則會和工作應(yīng)力疊加，加速應(yīng)力腐蝕開裂。(5)殘余應(yīng)力對機械加工精度的影響。該區(qū)應(yīng)力不再增加，從而使該區(qū)喪失進一步承受外力的能力。應(yīng)力集中系數(shù)越高，殘余應(yīng)力的影響也就越顯著。應(yīng)力峰值將不斷增加，直至達(dá)到材料的屈服極限值，并發(fā)生局部破壞，最后導(dǎo)致整個構(gòu)件斷裂。 焊接殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)的影響在焊件過程中，焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力和其所受載荷引起的工作應(yīng)力相互疊加，使其產(chǎn)生二次變形和殘余應(yīng)力的重新分布，這不但會降低焊接結(jié)構(gòu)的剛性和尺寸穩(wěn)定性，而且在溫度和介質(zhì)的共同作用下，還會嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)和焊接接頭的疲勞強度、抗脆斷能力、抵抗應(yīng)力腐蝕開裂和高溫蠕變開裂的能力。這些變化在焊接過程中，每時每刻都影響焊接溫度場和焊接應(yīng)力的分布。 焊接殘余應(yīng)力概述 焊接殘余應(yīng)力的概念焊件在焊接過程中，熱應(yīng)力、相變應(yīng)力、 加工應(yīng)力等超過屈服極限（Yield strength），以致冷卻后焊件中留有未能消除的應(yīng)力，這樣，焊接冷卻后的殘余在焊件中的宏觀應(yīng)力稱為殘余焊接應(yīng)力，焊接應(yīng)力包括沿焊縫長度方向的縱向焊接應(yīng)力，垂直于焊縫長度方向的橫向焊接應(yīng)力和沿厚度方向的焊接應(yīng)力。 on the flange width to maintain the same in the case, change the width of lower flange, with the upper and lower flange width ratio decreases, the upper and lower flange and web an increase in residual stress, residual stress in the upper and lower flange distribution line on the trends and values, the residual pressive stress in the upper and lower webs value is also consistent, gradient decreases, the residual stress in the uniaxial symmetry crosssection on the distribution curve residual stress tends to biaxial symmetry classic crosssection distribution. Uniaxial symmetry by beam welders residual stress simulation, optimization for the future design of welded structures provide an important basis.Keywords: Welding residual stress。因此，本文對單軸對稱焊接工字梁的殘余應(yīng)力進行研究，為其整體穩(wěn)定設(shè)計提供參考。通過研究梁翼緣寬厚比、腹板高厚比、上下翼緣寬度比等參數(shù)對單軸對稱截面殘余應(yīng)力影響可知：在保持上翼緣寬度不變的情況下，改變翼緣的厚度，隨著翼緣寬厚比逐漸減小，上下翼緣和腹板的殘余應(yīng)力逐漸減小，受拉區(qū)有增大趨勢；在保持腹板厚度不變的情況下，改變腹板的高度，隨著腹板高厚比逐漸增大，上下翼緣的殘余應(yīng)力逐漸減小，受拉區(qū)逐漸增大，腹板上下殘余拉應(yīng)力逐漸減小，但是隨著腹板面積的逐漸加大，腹板上下殘余壓應(yīng)力逐漸加大，受壓區(qū)有增大趨勢；在保持上翼緣寬度不變的情況下，改變下翼緣的寬度，隨著上下翼緣寬度比逐漸減小，上下翼緣和腹板殘余應(yīng)力有所增加，上下翼緣殘余應(yīng)力在分布趨勢和數(shù)值上趨于一致，腹板上下殘余壓應(yīng)力在數(shù)值上也趨于一致，梯度逐漸減小，單軸對稱截面殘余應(yīng)力在分布曲線上趨于雙軸對稱截面殘余應(yīng)力經(jīng)典分布。鋼材在焊接和冷卻的過程中, 其局部形成一個很不均勻的溫度場, 由于膨脹和收縮的程度和速度不同, 溫度場內(nèi)各部分鋼材的變形相互制約, 產(chǎn)生了不可逆轉(zhuǎn)的塑性變形, 導(dǎo)致焊件在完全冷卻后, 其上仍然存在著殘余應(yīng)力，即焊接殘余應(yīng)力[4]。 焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因及影響因素焊接殘余應(yīng)力產(chǎn)生的主要原因是由焊接過程中的不均勻加熱所引起的，焊應(yīng)力按照其發(fā)生的來源分為三種情況：直接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，不均勻加熱和冷卻導(dǎo)致的，決定在于不均勻加熱和冷卻的溫度梯度，是焊接殘余用應(yīng)力產(chǎn)生的關(guān)鍵；間接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，焊接過程之前的加工狀況導(dǎo)致的，焊件若經(jīng)歷過軋剎或拉拔時，都會使之具有此類殘余應(yīng)力，這種殘余應(yīng)力在某種場合下會加到焊接殘余應(yīng)力上去，也往往會在焊后的變形中產(chǎn)生附加性影響，而且外界約束對于焊件產(chǎn)生的附加應(yīng)力也應(yīng)該歸于此類型應(yīng)力；組織變化產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，相變導(dǎo)致比熱容變化產(chǎn)生組織變化導(dǎo)致的，盡管因材料中碳的含量不同而異，但一般情況下這種影響必須要加以考慮的是發(fā)生相變的溫度和平均冷卻速度[8]。焊接時的熱輸入是產(chǎn)生焊接應(yīng)力的決定性因素。應(yīng)力未達(dá)到屈服強度的區(qū)域，則隨著外力的增加，應(yīng)力繼續(xù)增加，整個截面上的應(yīng)力逐漸趨于均勻，直到構(gòu)件截面上全部應(yīng)力都達(dá)到屈服強度為止。殘余應(yīng)力對于疲勞強度的影響是人們廣泛關(guān)心的問題。在實際的生產(chǎn)中，各種焊縫和火焰校正都可能在相當(dāng)大的截面上產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，雖然它們在構(gòu)件長度方向上的分布范圍較小，但它們對剛度的影響是不可忽視的。殘余應(yīng)力對受壓桿件穩(wěn)定的影響，在桿件長細(xì)比為90左右時最嚴(yán)重。即便切削是在夾具卡固下加工，加工過程雖不會表現(xiàn)出這種二次變形，但當(dāng)夾具一旦撤除，二次變形馬上就會出現(xiàn)，仍然影響加工精度。而焊接殘余應(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)計中應(yīng)對不同截面形式下焊接殘余應(yīng)力對焊接結(jié)構(gòu)的影響加以考慮，以優(yōu)化梁的整體穩(wěn)定設(shè)計。 國內(nèi)外同類課題研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢