【正文】 最重要的研究方向之一。其中。經(jīng)過多年的發(fā)展，有限元數(shù)值模擬技術(shù)已經(jīng)成為焊接數(shù)值仿真的主流方法，因為焊接最為關(guān)心的是變形和殘余應(yīng)力的控制，而有限元方法在這方面有著明顯的優(yōu)勢。在焊接研究中差分法常用于焊接熱傳導、熔池流體力學、氫擴散等問題的分析；有限元法起源于20世紀50年代航空工程中飛機結(jié)構(gòu)的矩陣分析，現(xiàn)在它已被用來求解幾乎所有的連續(xù)介質(zhì)和場的問題。即對某一問題做出一個適當?shù)碾S機過程，把隨機過程的參數(shù)用由隨機樣本計算出的統(tǒng)計量的值來估計，從而由這個參數(shù)找出最初所述問題中的所含未知量；差分法的基礎(chǔ)是用差商代替微商，相應(yīng)的就把微分方程變?yōu)椴罘址匠虂砬蠼?。?shù)值積分法用在原函數(shù)難于找到的微積分計算中。焊接工藝的仿真，主要是針對焊接溫度場、殘余應(yīng)力、變形等幾個方面，旨在改善焊接部件的制造質(zhì)量，提高產(chǎn)品服役性能，優(yōu)化焊接順序等工藝過程。除上述原因外，焊接方法、接頭形式、坡口形式、坡口角度、試板裝配間隙、焊接速度和焊接順序等都會對焊接變形和焊接應(yīng)力造成影響。由于各種組織的比容不同，因此隨之發(fā)生體積的變化。（3）焊縫金屬及焊接熱影響區(qū)的組織發(fā)生變化。（2）焊縫金屬在冷卻過程中，體積發(fā)生收縮，這種收縮使試板產(chǎn)生變形和應(yīng)力。焊接時，試板的局部被加熱到熔化狀態(tài)，形成了試板上溫度的不均勻分布區(qū)，使試板出現(xiàn)不均勻的熱膨脹，熱膨脹受到周圍金屬的阻礙不能自由膨脹而受到壓應(yīng)力，周圍的金屬則受到拉應(yīng)力。局部變形指焊接結(jié)構(gòu)的某部分發(fā)生變形，它在焊接中易矯正；整體變形指整個結(jié)構(gòu)的形狀或尺寸發(fā)生變化，是由于焊縫在各個方向上的收縮所引起的。厚度方向的焊接應(yīng)力常發(fā)生在多層焊中，上下表面溫差很大，溫度沿厚度方向分布不均，從而導致應(yīng)力的產(chǎn)生。冷卻時，由于焊縫先后冷卻時間不同，先焊的先冷卻凝固，存在一定強度，阻止了后焊的焊縫在橫向的自由膨脹，使其產(chǎn)生橫向壓縮變形。橫向應(yīng)力是垂直于焊縫軸線的應(yīng)力。在靠近焊縫一側(cè)高溫區(qū)受到熱壓力作用，而在遠離焊縫一側(cè)受到熱拉應(yīng)力的作用?？v向焊接應(yīng)力就是平行于焊縫長度方向的應(yīng)力。其次，在焊接時，由于不同的焊接熱循環(huán)作用引起金相組織和宏觀體積的變化，當體積變化受到阻礙時便產(chǎn)生了應(yīng)力，從而出現(xiàn)局部與整體變形。借助計算機技術(shù)，對焊接現(xiàn)象進行模擬，是國內(nèi)外焊接工作者的熱門研究課題并得到了越來越廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：焊接模擬，約束條件，殘余應(yīng)力，焊后變形ABSTRACTBased on the nonlinear finite element analysis software MSC. MARC simulation platform, the article has simulated the joint of 5mm thick mediumcarbon steel plate type, in different welding process parameters of the temperature field and stress field of the welding deformation and results. Using MSC. MARC software to simulate the basic process of welding simulation, such as geometry modeling generation, parameter settings and the results outputting and definitely analyzes the temperature field and stress field and the welding deformation in different constraint conditions, and finally concluded the effect of different constraint conditions on the type of welding deformation and residual stress influence, so as to guide the practical work.Keywords: Welding simulation, MSC. MARC, Constraint conditions, the residual stress, welding deformation.目錄第1章 概 論 1 課題背景及意義 1 焊接應(yīng)力和焊接變形產(chǎn)生的原因 1 1 1 焊接模擬技術(shù)國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展 2 2 焊接模擬技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 3 焊接模擬技術(shù)發(fā)展趨勢 3 本文主要任務(wù)和研究路線 4 5 5 焊接模擬基本過程 5 6 焊接模擬分析 9 焊接模擬后處理 9第3章 溫度場和應(yīng)力場的模擬 10 焊接工藝方案的確定 10 溫度場的模擬及分析 11 瞬態(tài)溫度場的模擬結(jié)果 11 溫度場的對比分析 13 應(yīng)力場的的模擬與分析 13 等效應(yīng)力分布 14 等效應(yīng)力的對比分析 16 本章小結(jié) 17第4章 約束條件對焊接變形的影響 18 有關(guān)焊接變形 18 焊后變形結(jié)果及分析 19 焊后宏觀變形及分析 19 AB節(jié)點方向上的變形結(jié)果分析 22 CD節(jié)點方向上的變形結(jié)果分析 24 本章小結(jié) 26第5章 結(jié) 論 27致 謝 28參 考 文 獻 29第1章 概 論 課題背景及意義焊接是一復雜的物理化學過程，長久以來，焊接工藝主要依靠經(jīng)驗積累和實驗測試，成本消耗巨大且焊接質(zhì)量難以保證、廢品率高。畢業(yè)設(shè)計（論文）對接接頭中I型坡口研究 摘 要，模擬了中碳鋼5mm厚I型坡口平板對接焊，以及在不同焊接工藝參數(shù)下的溫度場、應(yīng)力場和焊接變形。、參數(shù)設(shè)置、分析求解和結(jié)果輸出等，分析平板在不同外部約束條件的溫度場、應(yīng)力場，并對比分析不同約束條件下的焊后殘余應(yīng)力及焊后變形，由此得出何種約束條件對I型坡口平板對接焊的變形和殘余應(yīng)力影響因素最小，從而指導實際工作。由焊接產(chǎn)生的動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變過程及其隨后形成的殘余應(yīng)力，是導致焊接變形、裂紋和接頭強度與性能下降的重要因素，因此將傳統(tǒng)焊接技術(shù)與現(xiàn)代計算機模擬仿真技術(shù)結(jié)合來預(yù)測焊后結(jié)果以及解決焊接過程中所純在的問題，成為當前材料加工領(lǐng)域的主要研究特點之一，其不僅可以節(jié)約大量人力財力物力，還可以解決目前實驗室無法進行直接研究的復雜問題。 焊接應(yīng)力和焊接變形產(chǎn)生的原因產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的基本原因是由于焊接時試板的局部被加熱到高溫狀態(tài)，形成了試板上溫度的不均勻分布所造成的。焊接應(yīng)力按應(yīng)力作用的方向分為縱向應(yīng)力、橫向應(yīng)力和厚度方向的焊接應(yīng)力。在焊接過程中，鋼板中會產(chǎn)生不均勻的溫度場，從而產(chǎn)生不均勻的膨脹。焊接完畢，試板自然冷卻，在近焊縫區(qū)段產(chǎn)生拉應(yīng)力，在稍遠區(qū)段產(chǎn)生壓應(yīng)力。產(chǎn)生橫向焊接應(yīng)力的原因可分為焊縫的縱向收縮和橫向收縮2個方面。后焊的焊縫冷卻時，橫向收縮受到阻止，而產(chǎn)生橫向拉應(yīng)力，而先焊部分則產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力。焊接變形分局部變形