【正文】 。首先，如圖1所示，將應(yīng)變計(jì)連接在試樣表面。通過切割，小片的試樣中的殘余應(yīng)力得到釋放，并對(duì)縱向釋放的應(yīng)力εx和橫向釋放的應(yīng)力εy進(jìn)行測(cè)量。然后，縱向殘余應(yīng)力σx就可以使用測(cè)得的應(yīng)力并通過下面的公式得到。而這些數(shù)據(jù)被用于對(duì)接焊接過程的有限元模擬?？招姆?hào)表示由應(yīng)變計(jì)測(cè)得的實(shí)驗(yàn)值及通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量位置實(shí)現(xiàn)曲線的有限元計(jì)算值的結(jié)果。對(duì)于不銹鋼焊縫來說，由有限元分析方法計(jì)算得到的殘余應(yīng)力分布結(jié)果與Seyyedian等人得到的的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[29]相比較。在其他區(qū)域可以發(fā)現(xiàn)一些比較具體的細(xì)節(jié)[29]?？梢钥闯鲇邢拊治龇椒ê蛯?shí)驗(yàn)結(jié)果比較吻合。 （a）碳鋼焊 縫的比較（b）不銹鋼焊縫的比較 使用順序耦合的熱力有限元分析方法對(duì)異種鋼的焊接接頭進(jìn)行有限元熱模擬。為了便于比較，類似的剛對(duì)接焊縫的熱應(yīng)力分布的有限元分析也采用了相同的焊縫幾何形狀。SM400碳鋼接頭是使用DW100電極碳素鋼焊接材料焊接的，而SUS304的不銹鋼接頭與異種鋼接頭采用的是Y308L 奧氏體不銹鋼焊接填料焊接的[17,19]?？紤]到實(shí)際焊接條件，此次分析中選擇的焊接參數(shù)列于表1中[30,31]。有四個(gè)層面用于離散計(jì)算域。逐漸增加單元尺寸到焊縫中心線的距離。結(jié)果，（橫向）（厚度）（縱向）被認(rèn)為是使用合理數(shù)量的計(jì)算機(jī)時(shí)和內(nèi)存所能得到的足夠精確的結(jié)果。為了方便熱和力學(xué)模型之間的數(shù)據(jù)映射，除了元素類型和應(yīng)用邊界條件，都使用相同的有限元網(wǎng)格細(xì)化方案。對(duì)于結(jié)構(gòu)模型來說，元素類型的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有三個(gè)平動(dòng)自由度。 在有限元模擬中，隨溫度變化的熱物理（例如：熱傳導(dǎo)率、比熱和密度）和機(jī)械性能（例如：楊氏模量、熱膨脹系數(shù)、泊松比和屈服應(yīng)力）的基體材料和焊接材料被引入。SUS304鋼，熱材料性能列于Deng和Murakawa[26]中，詳細(xì)見圖4（b）。對(duì)于焊縫金屬，與溫度相關(guān)的物理性質(zhì)被假定為與那些相應(yīng)的基體材料分別相同。以模擬在高溫下低強(qiáng)度基體材料的熔融溫度[32]。物理和機(jī)械性能被分配到異種鋼對(duì)接接頭（基體材料和焊縫金屬）的相應(yīng)位置。碳鋼和相應(yīng)金屬的線性應(yīng)變強(qiáng)化率假定為20~700℃溫度范圍內(nèi)為500MPa，1000℃以上溫度范圍內(nèi)為20MPa[6]。對(duì)于不銹鋼及其焊縫金屬來說，隨溫度變化的應(yīng)變強(qiáng)化規(guī)則也適用。圖7顯示的是碳和不銹鋼與溫度有關(guān)的應(yīng)變強(qiáng)化率。因?yàn)楹附硬牧蠠嵝阅艿牟町?，所以顯示出的熱流圖是非對(duì)稱的。溫度場(chǎng)沿著焊縫中心線上不同位置的最厚處，這就是結(jié)束焊接時(shí)焊縫的產(chǎn)長(zhǎng)度。從這個(gè)圖中可以觀察到隨著到焊縫中心線的距離的增加，碳素鋼的溫度變得比不銹鋼的溫度低。 所有的應(yīng)力和應(yīng)變分量都可以從應(yīng)力分析得到。在該討論中，三個(gè)詞語(yǔ)“縱向”、“橫向”和“厚度方向”是用來表示三個(gè)相互垂直的方向上的殘余應(yīng)力分量。圖10（a） （c）所示的整個(gè)異種鋼對(duì)接焊縫中，在焊接件的橫截面上，垂直于焊接線，通過焊接長(zhǎng)度的一半，分別為縱向，橫向和厚度方向（正常）的型材殘余應(yīng)力的預(yù)測(cè)。殘余應(yīng)力在類似的鋼焊縫中的分布的比較在圖11中。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，在不銹鋼異種鋼側(cè)的焊縫中，應(yīng)力在類似的鋼對(duì)接焊縫中的分布是相似的，即達(dá)到施加在焊縫上的最大縱向拉伸殘余應(yīng)力與橫向壓縮殘余應(yīng)力在遠(yuǎn)離焊縫中心線的區(qū)域平衡的目的。與此相反，橫向殘余應(yīng)力幾乎全部為拉伸應(yīng)力并且拉平為零。然而，在碳素鋼一側(cè)的異種鋼焊接，其應(yīng)力分布與與其相似的鋼焊縫中的應(yīng)力分布大不相同?？v向應(yīng)力成分的變化更明顯。這些趨勢(shì)，在橫向和正常的應(yīng)力分量中也能觀察到。應(yīng)變硬化率可以被認(rèn)為是解釋較高殘余應(yīng)力的的主要因素。同樣清楚的是，不銹鋼一側(cè)受到拉伸應(yīng)力的范圍也比較寬。不銹鋼較大的熱膨脹系數(shù)與較高的應(yīng)變硬化率的一起產(chǎn)生的較高的拉伸縱向應(yīng)力與轉(zhuǎn)變率較高的壓縮應(yīng)力相平衡。分別除去碳鋼和不銹鋼焊接填料之間的界面處顯著的應(yīng)力變化，在異種鋼一側(cè)的橫向和厚度方向的殘余應(yīng)力分布是相似的。4. 結(jié)論 在本研究中，我們對(duì)異種鋼焊接過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，以確定溫度場(chǎng)和殘余應(yīng)力的分布，特別是一般對(duì)結(jié)構(gòu)的完整性最有害的應(yīng)力分量縱向殘余應(yīng)力，而碳鋼和不銹鋼之間的異種鋼對(duì)接接頭在本質(zhì)上有不同的熱和機(jī)械性能，我們利用將實(shí)驗(yàn)測(cè)量與采用有效性被驗(yàn)證的依次耦合三維熱機(jī)械有限元分析方法相比較來驗(yàn)證。根據(jù)研究結(jié)果，可以得出以下意見和結(jié)論：(a)在異種鋼對(duì)接焊接過程的熱流量與溫度分布由于在焊接的材料熱性能方面的差異決所以絕對(duì)不是對(duì)稱的。這是因?yàn)?，碳素鋼有較高熱導(dǎo)率和熱傳遞率即碳素鋼冷卻速度是高于不銹鋼的。在異種鋼焊縫不銹鋼的一側(cè)，應(yīng)力分布與相應(yīng)的鋼對(duì)接焊縫是相似的，而在異種鋼焊縫碳素鋼的一側(cè)，應(yīng)力分布與類似的鋼的對(duì)接焊縫應(yīng)力分布大不相同，這是由于熱膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致的不銹鋼焊接金屬和碳素鋼基體材料界面處應(yīng)力快速變化引起。(c)不銹鋼側(cè)附近的焊接區(qū)域的基體金屬中的縱向殘余應(yīng)力是高于那些在碳素鋼側(cè)的。不銹鋼較大的熱膨脹系數(shù)與較高的應(yīng)變硬化率的一起產(chǎn)生的較高的拉伸縱向應(yīng)力與轉(zhuǎn)變率較高的壓縮應(yīng)力相平衡。(d)除了焊接殘余應(yīng)力，焊接變形也是焊接構(gòu)件結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)的一個(gè)主要問題。圖10 垂直于焊接線中的異種鋼對(duì)接焊縫中殘余應(yīng)力分布：（a）的縱向殘余應(yīng)力，（b）橫向的殘余應(yīng)力，（c）厚度方向上的殘余應(yīng)力圖11 垂直于類似的鋼材對(duì)接焊縫的焊接線的殘余應(yīng)力分布：（a）SM400鋼焊接，（b）SUS304鋼焊縫參考文獻(xiàn)：[1] L. Gardner, The use of stainless steel in structures, Prog. Struct. Engng. Mater. 7(2005) 4855.[2] Z. Sun, R. Karppi, The application of electron beam welding for the joiningof dissimilar metals: an overview, J. Mater. Process. Technol. 59 (1996)257267.[3] A. Joseph, . Rai, T. Jayakumar, N. Murugan, Evaluation of residual stresses in dissimilar weld joints, Int. J. Pressure Vessels Pip. 82 (2005) 700705.[4] C. Jang, J. Lee, . Kim, . Jin, Mechanical property variation within Inconel82/182 dissimilar metal weld between low alloy steel and 316 stainless steel,Int. J. Press. Vessels Pip. 85 (2008) 635646.[5] O. Mu