【正文】 心線上典型點(diǎn)的熱循環(huán)曲線進(jìn)行分析，分析了不同焊接速度對(duì)溫度場(chǎng)分布的影響[8]。近幾年，類似于ANSYS的有限元數(shù)模擬商業(yè)軟件SYSWELD的出現(xiàn)進(jìn)一步推動(dòng)了有限元數(shù)值模擬的發(fā)展。2000年南非開(kāi)普頓大學(xué)的Ronda等建立了相變規(guī)律和相變塑性的系統(tǒng)理論，建立的TMM模型不僅研究了溫度變化對(duì)相變的影響，而且還研究了應(yīng)力應(yīng)變對(duì)相變的影響，是最近幾年為研究有限元分析提供的比較成功的技術(shù)之一[7]。例如Sonti和Amateau根據(jù)鋁合金激光焊特點(diǎn)建立了二維溫度場(chǎng)有限元模型[4],Tekriwall建立三維有限元模型分析了氣體保護(hù)焊的溫度場(chǎng)情況[5]。1966年，Wilson和Nickell首先將利用有限元數(shù)值法模擬固態(tài)熱傳導(dǎo)過(guò)程，并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[3]。20世紀(jì)60年代后，隨著電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)不斷發(fā)展，也給焊接熱過(guò)程的數(shù)值分析提供了很好的條件。國(guó)外早在20世紀(jì)40年代就開(kāi)始了對(duì)于焊接熱過(guò)程的研究，但并未考慮到一些熱物性參數(shù)會(huì)隨溫度變化而變化[2]?？上攵?，如果能夠很好地實(shí)現(xiàn)焊接數(shù)值模擬，對(duì)研究焊接工藝和參數(shù)有很大的意義，世界各國(guó)的科學(xué)家也很早就開(kāi)始了這方面的理論研究和模擬運(yùn)算。如果用實(shí)驗(yàn)的方法去測(cè)量溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，必須考慮測(cè)量誤差的存在，并且還會(huì)浪費(fèi)很多時(shí)間，大量的人力，物力和財(cái)力，經(jīng)濟(jì)效益不好。本文就基于SYSWELD軟件平臺(tái)，采用雙橢球熱源分布模式（焊接鋁合金的MIG焊的通用熱源模型），利用和平板對(duì)接接頭的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，驗(yàn)證SYSWELD模擬數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，模擬不同長(zhǎng)度下焊件的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，分析變化規(guī)律，然后建立不同焊接順序下鋁合金高速列車側(cè)墻的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的有限元數(shù)值模擬，分析溫度場(chǎng)和線能量對(duì)應(yīng)力的影響，為以后鋁合金管高速列車的生產(chǎn)和研制提供新的方法，減少研發(fā)經(jīng)費(fèi)和研發(fā)周期。在這種背景下，1980年，法國(guó)法碼通公司和ESI公司共同開(kāi)展了SYSWELD的工藝開(kāi)發(fā)，由于熱處理工藝中同樣存在和焊接工藝相類似的多相物理現(xiàn)象，所以SYSWELD很快也被應(yīng)用到熱處理領(lǐng)域中并不斷增強(qiáng)和完善，隨著應(yīng)用的發(fā)展，SYSWELD 逐漸擴(kuò)大了其應(yīng)用范圍，并迅速被汽車工業(yè)，航空航天，國(guó)防和重型工業(yè)所采用[1]。 SYSWELD作為一個(gè)大型有限元數(shù)值模擬商業(yè)軟件，在焊接過(guò)程中，相比于ANSYS等有限元分析軟件，可以得到更好的模擬數(shù)據(jù)和準(zhǔn)確的模擬結(jié)果，目前正處于推廣階段。數(shù)值模擬方法有很多種，如有限元法，數(shù)值積分法，蒙特卡洛法，差分法等，尤其是有限元法已經(jīng)很廣泛地運(yùn)用于焊接熱傳導(dǎo)，焊接應(yīng)力和焊接變形分析中。所以，對(duì)鋁合金車體焊接過(guò)程中溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值進(jìn)行測(cè)量，分析，預(yù)測(cè)和模擬具有很重要的意義。相對(duì)于其他成型技術(shù)，焊接具有接頭強(qiáng)度高，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活性大，接頭密封性好，成品率高等優(yōu)點(diǎn)，但是焊接過(guò)程是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，涉及到電弧產(chǎn)生，復(fù)雜傳熱，金屬相變，焊接變形和焊接應(yīng)力等。 Stress field目 錄第1章 緒論 1 本論文研究的意義 1 焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬的國(guó)內(nèi)外歷史及發(fā)展現(xiàn)狀 2 焊接溫度場(chǎng)數(shù)值模擬國(guó)內(nèi)外歷史及發(fā)展現(xiàn)狀 2 4 論文的主要工作內(nèi)容 5第2章 有限元數(shù)值理論基礎(chǔ)和軟件應(yīng)用 7 有限元分析理論基礎(chǔ) 7 有限元理論 7 焊接過(guò)程溫度場(chǎng)有限元分析理論 7 焊接過(guò)程應(yīng)力場(chǎng)有限元分析理論 10 軟件應(yīng)用 11 模型建立和網(wǎng)格劃分 11 熱源調(diào)節(jié) 13 Welding Advisor建立工程 19 20 熱源調(diào)節(jié)的經(jīng)驗(yàn) 20第3章 SYSWELD模擬溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 24 鋁合金材料堆焊的熱循環(huán)實(shí)驗(yàn) 24 實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介 24 熱電偶測(cè)溫原理 25 測(cè)量焊件上的幾個(gè)典型點(diǎn)的溫度 25 焊接模擬溫度場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 25 焊縫中心線點(diǎn)的溫度時(shí)間變化過(guò)程 26 垂直焊縫方向點(diǎn)的溫度時(shí)間變化過(guò)程 27 溫度場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 28 鋁合金材料的應(yīng)力值測(cè)量實(shí)驗(yàn) 29 小孔法簡(jiǎn)介 29 應(yīng)力值測(cè)量 30 焊接模擬應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算結(jié)果和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 31第4章 溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的尺寸效應(yīng) 33 模擬方法設(shè)計(jì)和計(jì)算 33 不同長(zhǎng)度焊件溫度場(chǎng)變化情況 34 典型時(shí)間點(diǎn)的溫度場(chǎng)云圖 34 焊縫上系列點(diǎn)熱循環(huán)曲線 34 37 焊縫方向上一系列點(diǎn)的縱向殘余應(yīng)力分布規(guī)律 38 垂直焊縫方向橫截面上的點(diǎn)的縱向殘余應(yīng)力 39 小結(jié) 40第5章 高速列車鋁合金側(cè)墻數(shù)值模擬和分析 41 高速列車鋁合金側(cè)墻局部建模和網(wǎng)格劃分 41 不同焊接時(shí)間下的溫度場(chǎng)分析 42 不同焊接時(shí)間下的應(yīng)力場(chǎng)分析 45結(jié) 論 48致 謝 49參考文獻(xiàn) 50第1章 緒論 本論文研究的意義隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人們生活節(jié)奏加快，對(duì)出行使用的交通工具要求也越來(lái)越高。Numerical simulation。basis, and reduce the putational significantly without affecting the software simulation results. We have three conditions to simulate：one is welding the two lines at the same time；second is welding the second line right after welding the first line；third is welding the second line after the first line cooling for a period of time。simulationside wall of the highspeed train. We can shorten the length of sidewall model with Thethe middle of the weldment if the weldment e to a length. the longer the weldment, the longer the stable state stays. This provides a enough theoretical basis to simplify the modeling and simulation of thetechnology and related business software development, finite element simulation has bee an important means of studying the welding technology.molding technology was widely used in the manufacture of highspeed trains. Welding process involved the producing electric arc, plex heat transfer, phase change of metal, welding deformation and residual stresses and other plex phenomenon. In the process of welding, highdensity transient heat input, local heating, the heat source relative motion makes the welder heated uneven, resulted in great stress and deformation, thus made a bad effect on the Thermal and模擬時(shí)，分同時(shí)焊接兩條焊縫，焊完一條后馬上焊接第二條，焊完一條冷卻一段時(shí)間后再焊第二條這三種情況進(jìn)行計(jì)算，得到溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，分析得到兩條焊縫同時(shí)焊接得到的溫度和應(yīng)力相對(duì)較大，而焊完一條冷卻一段時(shí)間后再焊第二條這種情況的應(yīng)力情況較好，所以建議企業(yè)在生產(chǎn)制造時(shí)考慮本文的研究結(jié)果。這為簡(jiǎn)化高速列車鋁合金側(cè)墻的建模和溫度場(chǎng)與應(yīng)力場(chǎng)的分析提供了理論依據(jù)。本文以大型商業(yè)軟件SYSWELD為平臺(tái)，結(jié)合鋁合金實(shí)際焊接方法和工藝，模擬實(shí)際焊接情況的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，和實(shí)驗(yàn)方法測(cè)量得到的溫度值和應(yīng)力值對(duì)比，驗(yàn)證了有限元模擬軟件SYSWELD在模擬溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)時(shí)的可靠性和準(zhǔn)確性。本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）AlMgSi系鋁合金MIG焊溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值模擬摘 要摘要：隨著中國(guó)高速鐵路快速發(fā)展，鋁合金具備的良好塑性，易成型，輕量化，耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)使得鋁合金在高速列車制造中的使用越來(lái)越多，焊接技術(shù)作為一種很重要的成型技術(shù)廣泛地運(yùn)用于鋁合金高速列車的制造中。焊接過(guò)程是涉及電弧產(chǎn)生，復(fù)雜傳熱，金屬相變，焊接變形和焊接應(yīng)力等復(fù)雜現(xiàn)象的一個(gè)過(guò)程，焊接時(shí)的高密度的瞬時(shí)熱輸入，局部加熱，熱源的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得所焊工件受熱不均勻，產(chǎn)生很大的應(yīng)力和變形，對(duì)工件的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生不好的影響，所以分析焊接過(guò)程中的復(fù)雜溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)對(duì)分析焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量有決定性意義，隨著計(jì)算機(jī)的快速發(fā)展和相關(guān)商業(yè)軟件的開(kāi)發(fā)，有限元數(shù)值模擬成為研究焊接技術(shù)的重要手段。驗(yàn)證軟件的可靠性之后，分別模擬長(zhǎng)度為100mm，200mm，400mm，800mm而其他條件不變化的焊件的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)，發(fā)現(xiàn)只要焊件達(dá)到一定長(zhǎng)度，焊件的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)就會(huì)在中間位置出現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，中間穩(wěn)定狀態(tài)越長(zhǎng)，所以模擬適當(dāng)長(zhǎng)度焊件得到的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)和模擬很長(zhǎng)焊件的溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)是一樣的。以上面模擬實(shí)驗(yàn)作為理論依據(jù)，可以縮短側(cè)墻模型的長(zhǎng)度，大幅減少計(jì)算量而不影響軟件模擬的結(jié)果。關(guān)鍵詞 ：有限元；數(shù)值模擬；溫度場(chǎng)；應(yīng)力場(chǎng)AbstractWith Chinese highspeed railway is developing rapidly, aluminum alloy with good plasticity, easy shaping, lightweight, corrosionresistant was used widely in the highspeed train. Welding technology as a very importantmechanical properties of the workpiece, so studying temperature field and stress field of the welding process have a decisive significance on the quality of welded structures. With the rapid development of puter In this paper, we has SYSWELD, a largescale mercial software as a platform. We bined with the actual welding method and process to simulate temperature and stress fields in the actual welding conditions, and pared with temperature and stress fields measured from the experiments in the same condition. Then we find that it verifies the accuracy and feasibility of the numerical simulation software SYSWELD.After that, We simulated temperature and stress fields of 100mm, 200mm, 400mm, 800mm weldment with the same other conditions. We found that the temperature field and stress field stay in a stable state inaluminumaboveas a theoreticalAfter simulation，we got temperature and stress fields, and find that the third condition is better than the first and the second condition. We still find that the first condition got a higher temperature and stress. So we suggest that the enterprise consider the results of the study in the manufacturing. Keywords: Finite element。Temperature field。在此背景下，高速列車在我國(guó)得到快速發(fā)展和應(yīng)用，焊接技術(shù)作為一種很重要的成型技術(shù)很廣泛地運(yùn)用于鋁合金高速列車制造中，研究焊接工藝對(duì)制造性能良好的高速列車有很重要的意義。焊接過(guò)程中高密度的瞬時(shí)熱輸入，局部加熱，熱源的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，使得所焊工件受熱不均勻，溫度場(chǎng)很復(fù)雜，產(chǎn)生很大的應(yīng)力（殘余應(yīng)力，熱應(yīng)力，相變殘余應(yīng)力）和變形（焊接角變形，焊接收縮，焊接翹曲和焊接扭曲等），對(duì)工件的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生不好的影響，也影響焊接結(jié)構(gòu)的加工精度和尺寸的穩(wěn)定性，所以在焊接設(shè)計(jì)和施工時(shí)必須充分考慮溫度和應(yīng)力對(duì)焊接結(jié)構(gòu)和性能的影響。以前，對(duì)焊接溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的分析都是通過(guò)實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得有關(guān)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)據(jù)再進(jìn)行分析，因?yàn)橥饨绾芏嗖淮_定因素的影響，例如測(cè)量數(shù)據(jù)誤差，工件不規(guī)則或者工件存在內(nèi)部應(yīng)力，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)