【正文】 計(jì)算結(jié)果應(yīng)力場(chǎng)是焊接分析中重要的一項(xiàng)，焊接應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算是一個(gè)涉及材料的彈塑性、非線性和其他許多因素影響的復(fù)雜問(wèn)題。在鋼結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)中，知道了受力構(gòu)件由于幾何形狀、外形尺寸發(fā)生突變而引起局部范圍內(nèi)應(yīng)力集中。由此推測(cè)焊接容易引起較大應(yīng)力的區(qū)域。 190s時(shí)的等效應(yīng)力云圖，190s時(shí)的等效應(yīng)力場(chǎng)分布的區(qū)域較大，最大應(yīng)力達(dá)到了248MPa，紅色區(qū)域分布較少。 210s時(shí)的等效應(yīng)力云圖 240s時(shí)的等效應(yīng)力云圖，焊接應(yīng)力迅速分布到了加勁板，而在面板上擴(kuò)散的較慢。 275s時(shí)的等效應(yīng)力云圖從上面幾幅圖片可以看出，等效應(yīng)力的區(qū)域逐漸擴(kuò)大，焊縫處和腹板邊緣應(yīng)力高度集中，雖經(jīng)過(guò)冷卻但應(yīng)力下降不多，具有不可恢復(fù)性。 X軸向節(jié)點(diǎn)等效應(yīng)力時(shí)間歷程圖如圖，選取的是X軸向節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)為50mm,100mm,150mm和200mm的A、B、C、D四個(gè)特征點(diǎn)記錄每個(gè)點(diǎn)的等效應(yīng)力隨時(shí)間變化的圖表。等效應(yīng)力的離散性較大，振蕩幅度最大的均在200s之前。 塑性應(yīng)變計(jì)算結(jié)果 等效塑性應(yīng)變 X軸向節(jié)點(diǎn)縱向應(yīng)變時(shí)間歷程圖對(duì)于塑性應(yīng)變，本文關(guān)心的是X軸向塑性應(yīng)變，因?yàn)楹竺娴目v向收縮力的求解依賴(lài)于它。A點(diǎn)的應(yīng)變峰值高于其他點(diǎn)，從圖中可以看出，遠(yuǎn)離約束部位的應(yīng)變量大于離約束近的部位。 變形計(jì)算結(jié)果 最終變形圖。從中可以看出，焊件的變形有彎曲、歪曲和扭轉(zhuǎn)。其中面板中部上凸，兩端下?lián)?。加勁板中部明顯收縮。比較同類(lèi)研究論文，模擬后的變形與實(shí)際較接近，證明計(jì)算結(jié)果具有一定的可行性。實(shí)際上焊件的變形也與邊界條件有關(guān)，本文采用的約束是兩個(gè)外側(cè)面分別加上Y和Z方向舵約束，再選取一點(diǎn)時(shí)間愛(ài)上X軸向的約束，這樣就與實(shí)際情況比較接近。從圖上可以看出，遠(yuǎn)離約束端的點(diǎn)位移大于接近約束點(diǎn)，D點(diǎn)因?yàn)楸患s束，位移為零，A點(diǎn)離約束最遠(yuǎn)，位移最大。 X軸向節(jié)點(diǎn)位移時(shí)間歷程圖 計(jì)算結(jié)果分析課題研究背景通過(guò)計(jì)算，程序得到的結(jié)果有Tendon Force和橫向收縮。由于采用的模型是對(duì)稱(chēng)的，角變形為零。計(jì)算結(jié)果如下：Tendon Force=橫向收縮=通過(guò)公式(313)計(jì)算所得Tendon Force的理論值為12279N，%，兩者的結(jié)果相近，與先前小模型計(jì)算的Tendon Force值相當(dāng)，進(jìn)一步證明了Tendon Force值只與輸入的線能量有關(guān)，說(shuō)明模擬可行。根據(jù)參考文獻(xiàn)[23]介紹的計(jì)算固有應(yīng)變的的方法，變形數(shù)值除以焊接熱輸入線能量就得到了固有應(yīng)變，本文的熱輸入線能量E為，因此可這樣表示Tendon Force和橫向收縮： Tendon Force= (45) 橫向收縮= (46)式中：E前面的數(shù)值即為固有應(yīng)變。依據(jù)文獻(xiàn)[23]，對(duì)于簡(jiǎn)單的焊接節(jié)頭可以通過(guò)熱彈塑性有限元法求得固有應(yīng)變，但是對(duì)于復(fù)雜的節(jié)頭很難獲得，為此必須要建立一個(gè)龐大的固有應(yīng)變數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)長(zhǎng)期的積累才能完成這個(gè)工作，本文的試驗(yàn)還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只是給出了一個(gè)求固有應(yīng)變的思路。 本章小結(jié)在大型焊接結(jié)構(gòu)中基于固有應(yīng)變方法是將各條焊縫的變形以固有變形的方式直接加載到焊縫位置，從而不必經(jīng)過(guò)冗長(zhǎng)的過(guò)程跟蹤計(jì)算，從而大大的縮減計(jì)算時(shí)間。因此對(duì)大型焊接結(jié)構(gòu)進(jìn)行變形預(yù)測(cè)首先需要了解各種典型焊接接頭的固有應(yīng)變，從而方便大型焊接結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)。本章詳細(xì)的介紹了一個(gè)有限元算例，然后用后處理器得到一些形象的數(shù)據(jù)云圖、表格圖，實(shí)體圖，從而對(duì)十字形型接頭的固有應(yīng)變做了一定的探討。第5章 展望綜述 本課題的研究?jī)r(jià)值焊接技術(shù)已經(jīng)成為現(xiàn)代制造工業(yè)的關(guān)鍵工藝之一。全新的焊接工藝，不但可以提高焊接質(zhì)量和外形美觀，而且保證了裝配中的無(wú)余量裝配。這樣一來(lái)，質(zhì)量提高，生產(chǎn)成本降低，大大提高了產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。作為處于基礎(chǔ)地位的節(jié)點(diǎn)焊接研究課題，可以探索焊接變形的基本規(guī)律，為深入研究打下基礎(chǔ)，同時(shí)也可以學(xué)習(xí)到科學(xué)研究的基本思想和研究方法。 結(jié)論及啟示本文對(duì)焊接過(guò)程產(chǎn)生的溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)以及焊后的變形進(jìn)行了三維實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬，并通過(guò)實(shí)例計(jì)算提出了基于ANSYS軟件的焊接溫度場(chǎng)、應(yīng)力和固有應(yīng)變的模擬分析方法。通過(guò)本文的研究可以得出下述結(jié)論：本文利用的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)間接計(jì)算法在一定范圍內(nèi)能較準(zhǔn)確地模擬出焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，對(duì)解決熱結(jié)構(gòu)耦合的焊接分析有一定參考意義。通過(guò)高斯熱源的移動(dòng)加載，與實(shí)際的焊接熱源更加接近。并采用ANSYS的APDL語(yǔ)言編寫(xiě)了一套模擬焊接過(guò)程中溫度、應(yīng)力和變形的三維動(dòng)態(tài)模擬程序，方便后面的固有應(yīng)變分析。利用本程序?qū)附铀俣?、有效熱功率和電弧加熱半徑等不同因素進(jìn)行模擬是可以對(duì)焊接工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而減少試驗(yàn)數(shù)量。雖然文中的實(shí)例分析只是較小尺寸的模擬，但只要存儲(chǔ)空間和計(jì)算機(jī)內(nèi)存足夠，本文所提出的模擬分析方法可以推廣到各種尺寸規(guī)格、各種接頭形式的焊接過(guò)程的計(jì)算分析中去。 今后的工作展望作為本文的延伸，在今后的研究工作中還需完成以下工作：將十字形節(jié)點(diǎn)的計(jì)算模型更好的與實(shí)際結(jié)合，使之能夠精確的完成對(duì)實(shí)際十字形節(jié)點(diǎn)的焊接變形預(yù)測(cè)。在角接焊的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)接焊焊接溫度場(chǎng)的分析，通過(guò)試驗(yàn)等方法實(shí)現(xiàn)對(duì)多道對(duì)接焊焊接溫度場(chǎng)的瞬態(tài)模擬，得到溫度分布，為預(yù)測(cè)對(duì)接焊的焊接變形打下基礎(chǔ)。與鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際相結(jié)合，進(jìn)一步積累不同板厚、不同焊接條件、不同結(jié)構(gòu)形式的固有應(yīng)變數(shù)據(jù)，為精確預(yù)測(cè)大型焊接節(jié)點(diǎn)的變形打下基礎(chǔ)。將復(fù)雜的空間節(jié)點(diǎn)與平板焊接變形研究方法結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜構(gòu)件的焊接變形預(yù)測(cè)，并進(jìn)一步簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程，并實(shí)現(xiàn)其程序化。為實(shí)現(xiàn)十字形節(jié)點(diǎn)的焊接變形精確預(yù)測(cè)，還有大量具體的工作要做，特別是理論計(jì)算要與試驗(yàn)相結(jié)合，才能進(jìn)一步解決對(duì)不同焊接形式，不同材料，不同結(jié)構(gòu)形式的焊接變形預(yù)測(cè)。參考文獻(xiàn)1 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB500172003)2 中國(guó)鋼結(jié)構(gòu)協(xié)會(huì), 建筑鋼結(jié)構(gòu)施工手冊(cè). 2003, 北京:中國(guó)計(jì)劃出版社3 謝雷,羅宇,謝志勇,帥克剛. 基于固有應(yīng)變的大型焊接結(jié)構(gòu)變形的預(yù)測(cè). 焊接學(xué)報(bào), 2004年4月第25卷第2期4 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