论文摘要
焊接是现代钢结构最主要的连接方法之一。焊接广泛应用于各类钢结构中。只有正确认识和掌握焊接结构的特点,才能设计制造出性能良好、经济指标高的焊接结构。焊接过程会在结构中产生焊接残余应力,而焊接残余应力的存在会对结构的施工和使用性能产生不利影响。因此,研究钢结构焊接残余应力的分布规律,特别是三维构件焊接残余应力的分布规律,对于科学合理的进行钢结构设计和施工有着重要的理论意义和工程应用价值。一旦能够实现对各种焊接现象的计算机模拟,我们就可以通过计算机系统来确定各种焊接结构和材料的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参数。本文在总结前人的工作基础上系统地论述了焊接过程的有限元分析理论,总结了焊接残余应力的测定方法,采用有限元分析软件ANSYS建立计算模型,对焊接过程产生的温度场、应力场进行了模拟研究,针对三维焊接工字梁进行了实例计算,而且对分层焊接及不同次序焊接的计算结果作了对比分析。在模拟计算时,利用ANSYS软件的热——结构耦合功能,采用间接法,先计算焊接温度场,以温度场的计算结果作为结构分析的载荷,再进行焊接应力和应变的计算。焊接温度场与应力应变场是双向耦合的,由于应力应变场对温度场的影响非常小,所以本文只考虑温度场对应力应变场的影响这一单向耦合。用间接法模拟计算温度场和应力场,得出了不同时刻的温度分布,残余应力、应变的数值和分布,并且得到了焊接残余应力沿翼缘和腹板的分布规律。研究表明,当焊缝长度远大于焊接热源有效直径时,梁长度对梁中部截面的残余应力影响非常小;多层焊接的性能明显优于单层焊;对工字形梁,对角跳焊能有效地减小残余应力和变形。本研究为复杂焊接结构进行焊接温度场、应力和变形的分析提供了参考。
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摘要ABSTRACT第1章 绪论1.1 课题意义1.2 焊接热分析的研究状况1.3 焊接残余应力研究的历史和现状1.4 本文的主要研究内容和研究方法第2章 焊接残余应力概述及测定方法2.1 焊接残余应力概述2.1.1 焊接残余应力的分类2.1.2 影响焊接应力产生的主要因素2.1.3 焊接残余应力对结构性能的影响2.2 焊接残余应力的测定方法2.2.1 应力释放法测定残余应力2.2.2 无损检测法测定残余应力第3章 焊接残余应力有限元分析理论3.1 有限元法及焊接过程有限元分析特点3.2 焊接温度场的分析理论3.2.1 焊接传热的基本方程3.2.2 非线性瞬态热传导分析3.3 焊接应力和应变的分析理论3.3.1 屈服准则3.3.2 流动准则3.3.3 强化准则3.3.4 热弹塑性有限元理论第4章 焊接残余应力的ANSYS模拟4.1 有限元软件ANSYS4.1.1 有限元软件简介4.1.2 ANSYS热分析4.1.3 单元生死技术4.1.4 ANSYS参数化程序设计语言4.2 温度场模拟4.2.1 几何模型的建立4.2.2 单元类型的选取4.2.3 材料属性4.2.4 网格划分4.2.5 施加荷载4.2.6 分析选项和求解4.2.7 温度场后处理4.3 应力场模拟4.3.1 选取结构单元类型4.3.2 材料属性4.3.3 定义边界条件和施加荷载4.3.4 应力场后外理4.4 算例分析4.4.1 热分析模型4.4.2 加载求解4.4.3 温度场计算结果4.4.4 结构分析模型4.4.5 应力场计算结果4.4.6 应变分析4.4.7 模型验证4.5 结论第5章 焊接因素对残余应力的影响分析5.1 分层焊接对残余应力的影响5.1.1 模拟过程5.1.2 计算结果及分析5.2 不同焊接次序对残余应力的影响5.2.1 顺序焊接模拟5.2.2 对角跳焊模拟5.2.3 数据分析第6章 结论与展望6.1 结论6.2 展望和建议致谢参考文献附录
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标签：焊接残余应力论文; 数值模拟论文; 温度场论文; 应力应变场论文;
