【正文】 值增加時(shí)，其極限幅值就降低，反之則提高。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。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。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)。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]。 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。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。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 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。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。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。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。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。結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度與應(yīng)力循環(huán)的特征有關(guān)。(4)殘余應(yīng)力對壓桿穩(wěn)定性的影響。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。(6)殘余應(yīng)力對應(yīng)力腐蝕開裂的影響。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。對焊接過程的研究由原來的知識(shí)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]。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]。近年來，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]。2007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]。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。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。本文僅研究了單向耦合問題。是指在空間域里面，先假設(shè)一個(gè)內(nèi)部溫度成線性分布的單元，在根據(jù)變分的公式來導(dǎo)出單元節(jié)點(diǎn)的溫度常系數(shù)的一階微分方程組；在時(shí)間域里面，在根據(jù)有限差分法把其轉(zhuǎn)化成單元節(jié)點(diǎn)溫度的線性遞推公式方程組，在將各個(gè)單元矩陣相互疊加，這樣就得到了所有單元的節(jié)點(diǎn)溫度的線性方程組，之后就可以把非線性問題轉(zhuǎn)化為線性問題求解，有限非線性問題很難轉(zhuǎn)化為線性問題，可采用加權(quán)殘數(shù)法，即構(gòu)件插值函數(shù)[13,49,50]。不同的差分格式的取得，可以改變式(218)中的的數(shù)值： 向前差分格式 GrankNicolson格式 伽遼金格式 向后差分格式要消除可能發(fā)生的高階單元非正常的震動(dòng)或者嚴(yán)重的非線性可以采用向后差分的格式，擁有無條件下的穩(wěn)定性能；同樣具有有無條件下穩(wěn)定性能的還有，計(jì)算時(shí)間取得比較小，計(jì)算精度較高，不易出現(xiàn)衰減振蕩現(xiàn)象的GrankNicolson格式；還有一個(gè)常用的差分格式為伽遼金格式，其介于上面兩種方法之間[13,50]。它從能量的角度分析出金屬塑性變形的準(zhǔn)則條件，即變形能條件，使用于有明顯臨界點(diǎn)的結(jié)構(gòu)。屈服面是材料中以塑性功的大小為基礎(chǔ)在尺寸上擴(kuò)張的為等向強(qiáng)化模型。(2)平衡方程對于結(jié)構(gòu)的某一個(gè)單元，其平衡方程表示如下: ()式中：單元節(jié)點(diǎn)力的增量；溫度引起的單元初應(yīng)變等效節(jié)點(diǎn)增量；單元?jiǎng)偠染仃?；?jié)點(diǎn)位于增量。ANSYS熱分析功能，一般包含于ANSYS/MULTIPHYSICS、ANSYS/MECHANICAL、ANSYS/THERMALANSYS/FLOTRAN、ANSYS/ED五種產(chǎn)品模塊，其中ANSYS/FLOTRAN不含相變熱分析。此時(shí)，需要使用內(nèi)部MPC方法和接觸節(jié)點(diǎn)探測。溫度較低時(shí),材料的散熱以對流為主。 不同類型的熱耦合單元Table Different types of thermal coupling unit單元類型單元名稱熱應(yīng)力耦合單元contact4contact49熱應(yīng)力電耦合單元plane1solidsolid9targe16arge170、conta17conta17conta17conta174(2)間接耦合間接耦合，先進(jìn)行溫度場計(jì)算，然后把溫度場結(jié)果施加到結(jié)構(gòu)場，進(jìn)行兩個(gè)場耦合。在遠(yuǎn)離焊縫的區(qū)域，溫度變化相對比較小，生成的熱應(yīng)力也較小，變形也較小，可以忽略細(xì)節(jié)變化，在保持精度情況下采用較少的網(wǎng)格劃分，進(jìn)而縮短計(jì)算時(shí)間。 高斯函數(shù)分布的熱源模型 Gaussian distribution of the heat source model距加熱中心任一點(diǎn)的熱流密度： ()式中：為加熱斑點(diǎn)中心最大熱流密度；r為任一點(diǎn)離電弧加熱斑點(diǎn)中心的距離；r為任一點(diǎn)離電弧加熱斑點(diǎn)中心的距離。在焊接不同材質(zhì)時(shí)，可將雙橢球分成四個(gè)八分之一的橢球瓣，每個(gè)可對應(yīng)不同的a、b、c值。 熱源移動(dòng)的循環(huán)加載(1)分段熱源施加利用ANSYS編寫APDL子程序，通過循環(huán)語句實(shí)現(xiàn)熱源載荷的施加，即：沿焊縫長度L方向把焊縫分成N段，將各段的后點(diǎn)作為施加熱源的中心點(diǎn)，熱源載荷開始施加，在進(jìn)行下一次計(jì)算時(shí)，將上一步施加的熱源載荷刪除，而且上一次加載計(jì)算的溫度作為下一段加載計(jì)算的初始條件；分段移動(dòng)熱源可大幅度提高焊接結(jié)構(gòu)的計(jì)算效率，與傳統(tǒng)的高斯熱源相比，當(dāng)焊縫區(qū)域網(wǎng)格細(xì)化時(shí)，焊接應(yīng)力和變形都吻合良好，當(dāng)焊縫區(qū)域網(wǎng)格粗化時(shí)，焊接仍能很好吻合，但是焊縫附近的殘余應(yīng)力相差很多[57]。在冷卻過程中，在逐步的加大時(shí)間步長。它可以完成從簡單的圖像顯示和列表、微分和相應(yīng)頻譜的生成等操作。需要注意的是，結(jié)構(gòu)場計(jì)算的時(shí)間步長一定要與溫度場計(jì)算的時(shí)間不長相