交叉角焊缝的有限元模拟分析_谭创.pdf
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1、 2023 NO.8 工 业 与 技 术SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION交叉角焊缝的有限元模拟分析谭创(长江大学 湖北荆州 434023)摘要:采用HyperMesh对模型进行网格划分,利用生死单元法实现了对实际焊接过程的数值模拟,对不同方向焊缝的半封闭式箱型结构的进行了焊接温度和残余应力的数值模拟。模拟结果表明,焊接过程中峰值温度区间位于2 0502 150 之间;每道焊缝焊接完成后残余应力都会发生变化,第一道焊缝焊接完成后,残余应力最大为316.7 MPa;第二道焊缝焊接完成后,残余应力
2、最大为281.7 MPa;第三道焊缝焊接完成并经过装夹释放后,云图中残余应力基本呈对称分布,且残余应力最大值为367 MPa,位于三条焊缝交叉处。关键词:数值模拟 焊接 残余应力 箱型结构中图分类号:TG404;TG156文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2023)08-0068-04Finite Element Simulation Analysis of Cross Fillet WeldsTAN Chuang(Yangtze University,Jingzhou,Hubei Province,434023 China)Abstract:HyperMesh was used
3、to mesh the model,the life and death element method was used to realize the numerical simulation of the actual welding process,and the numerical simulation of the welding temperature and residual stress was carried out for the semi-closed box structure of welds in different directions.The simulation
4、 results showed that the peak temperature range in the welding process was 2 0502 150,and the residual stress changed after each weld was welded.The maximum residual stress was 316.7 MPa after the first weld was welded,the maximum residual stress was 281.7 MPa after the second weld was welded,and th
5、at after the third weld was welded and clamped and released,the residual stress in the cloud diagram was basically symmetrically distributed,and the maximum residual stress was 367 MPa,which was located at the intersection of three welds.Key Words:Numerical simulation;Weld;Residual stress;Box struct
6、ure箱型焊接结构广泛应用于各种工程结构领域。在焊接过程中由于瞬时集中的热量输入,使焊接过程中焊缝的温度场发生剧烈变化,箱型结构件产生焊接残余应力。焊接残余应力是影响结构设计完整性、制造工艺合理性和结构使用可靠性的关键因素1。在箱型结构的角焊缝研究领域中,学者大多都集中在对单条角焊缝和多条平行角焊缝焊接残余应力和变形的研究,并且已有了众多的研究成果。韦逢使用有限元软件Abaqus,对加强型三面围焊角焊缝的连接受力性能进行了的研究2,韩双宗对弯曲箱型结构的多层多道焊的焊接顺序进行数值模拟,大幅度降低了残余拉应力的最大值3。但对于三维不同方向的角焊缝(多向角焊缝)相交的残余应力和变形的研究工作却很
7、少,并且焊接残余应力的产生将会很大程度地影响到焊接结构的使用性能4-5,甚至会导致结构的脆性断裂,使得构件的疲劳强度和抗腐蚀能力降低。由于3条焊缝的相交部分在焊接过程中会经历多次热循环,容易产生应力集中。该文运用有限元软件Abaqus对其进行数值模拟和分析,对实际生产具有重要意义。DOI:10.16661/ki.1672-3791.2207-5042-1263作者简介:谭创(1999),男,硕士在读,研究方向为机械工程。68工 业 与 技 术 2023 NO.8 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATIONSCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯科技
8、资讯1 试验材料与方法1.1 有限元模型的建立及网格划分该文模拟的箱型结构模型由3块板两两相连接形成的半封闭结构,每个板相连接的部分由3条角焊缝焊接而成,使3条焊缝在焊接中心部分相交。利用三维建模软件Solidworks建立箱型结构的实体模型,模型如图1所示。将模型导入网格划分软件Hypermesh中,对整个模型划分出不同的区域,在划分网格时可以采用1 3和1 2的网格过度的划分方法,具体如图2所示。由于焊缝和热影响区内热源的作用,使温度变化较为明显,其余范围的温度变化较小。因此,为了能够体现出实际的温度场和应力场变化状态,在焊缝和热影响区使用单元尺寸较小的网格,在距离焊缝越远的区域,使用的网
9、格尺寸也会逐渐过渡增大,以此来减少计算所用的时间,并提高计算的效率,确保计算结果的正确性6-7。三维网格模型如图3所示。1.2 材料特性该文使用的材料为Q235B结构钢,且母材和焊缝材料保持一致。在实际的焊接过程中,热源使得焊接接头会随着时间和空间的变化而产生剧烈的温度变化,形成不均匀的温度场,需要考虑材料参数与温度之间的函数关系。材料热力学性能物理参数如表1所示8-9。1.3 热源校核该文使用CO2保护焊作为焊接方法。在实际焊接过程中,热源的前半部分在与焊缝接触后会有剧烈的温度变化,后半部分在焊接时温度会保持在一个平稳的过程。故此次模拟的热源模型采用Goldak双椭球体热源模型10,其具备这
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