采用并行技术计算厚板焊接应力及其分布规律

论文摘要

焊接连接是钢结构连接的主要方法之一,而厚板焊接加工会引起接头局部不均匀的热塑性变形和相变,从而产生焊接残余应力。焊接残余应力会影响结构施工和使用全过程,因此在进行钢结构设计和施工之前应该合理估计和考虑焊接残余应力影响。根据厚板焊接形式,考虑40mm厚板X形和V形坡口焊缝,利用有限元计算软件ANSYS分析焊缝残余应力的分布,采用内热源模型模拟温度场,将温度结果作为荷载施加到结构应力计算模型上,得到厚板残余应力的分布特征。根据模拟结果可知:厚板焊缝处节点每次热源的经过都会形成一个峰值,并且焊缝有几道堆焊就有几个波峰;要给定材料各项物理性能参数随温度的变化值,才能得到准确的温度场;焊接表面上厚度方向残余应力值最小,纵向方向残余应力值最大,并且超过了材料本身的屈服强度,这是应力强化的结果;厚板在不同约束下,线约束下的残余应力要比面约束的明显小;在相同的条件下,X形焊缝残余应力要比V形焊缝的要小;厚板残余应力并行运算的时间与网络传输及计算机的配置有关系。最后根据计算结果的对比分析,对厚板残余应力的分析和研究提出了一些建议性的意见,具有一定的实用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 焊接作用研究概况
• 1.2.1 焊接温度场研究概况
• 1.2.2 焊接残余应力研究概况
• 1.3 本文研究内容
• 第2章 焊接残余应力分析理论依据
• 2.1 热传导的基本概念
• 2.1.1 焊接热过程特点
• 2.1.2 焊接热传递方式
• 2.1.3 焊接温度场计算方法
• 2.2 焊接残余应力计算
• 2.2.1 残余应力计算准则
• 2.2.2 残余应力计算本构关系
• 2.3 本章小结
• 第3章 X 形厚板残余应力并行计算时间研究
• 3.1 焊接残余应力数值模拟计算速度研究成果
• 3.2 X 形焊缝计算模型及问题描述
• 3.2.1 焊缝模型的建立
• 3.2.2 定义单元类型
• 3.2.3 材料物理性能参数
• 3.2.4 边界换热系数
• 3.2.5 相变潜热
• 3.2.6 热源模型的选取
• 3.2.7 求解问题
• 3.3 X 形焊缝并行计算设置及计算
• 3.3.1 网络集群并行技术的图解
• 3.3.2 网络集群并行技术的准备
• 3.3.3 网络集群并行技术计算设置
• 3.3.4 计算X 形焊缝残余应力
• 3.3.5 焊缝的计算时间
• 3.4 本章小结
• 第4章 厚板焊接残余应力的研究
• 4.1 X 厚板焊接温度场结果分析
• 4.1.1 温度场计算结果及讨论
• 4.1.2 焊接温度场影响因素
• 4.2 X 厚板焊接残余应力的研究
• 4.2.1 研究背景
• 4.2.2 X 形焊缝残余应力计算模型
• 4.2.3 X 形焊缝应力场计算结果及讨论
• 4.2.4 不同约束下残余应力的变化比较
• 4.2.5 不同坡口焊缝残余应力的变化比较
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介