随焊氩气激冷控制铝/钢薄板焊接应力与变形数值模拟

采用有限元分析软件ANSYS,对不同焊接工艺条件下铝/钢异种金属薄板对接熔钎焊接过程进行数值模拟,建立了TIG电弧热源与氩气冷源模型,将常规焊接和随焊氩气激冷焊接的残余应力与变形进行对比分析,研究发现:随焊氩气激冷技术可使焊接纵向残余应力和变形分别降低32.8%和48.1%。为了验证数值模拟结果的准确性,进行了铝/钢异种金属薄板熔钎焊试验,将温度场与应力场的模拟值与试验值进行对比,结果显示两者吻合较好,表明随焊氩气激冷技术可有效控制铝/钢薄板焊接残余应力与变形。     

波形钢腹板工字形梁焊接残余应力研究

采用数值模拟与试验的方法对Q345钢波形钢腹板工字形梁焊接温度场与残余应力分布进行了研究. 采用完全耦合法建立了波形钢腹板工字形梁热弹塑性三维有限元模型,得到其焊接温度场与应力场,并通过在有限元模型中定义多条研究路径的方法,研究了不同路径上纵、横向焊接残余应力的分布规律. 在波形钢腹板工字形梁的焊接过程中采用红外线测温法与电阻应变计法进行焊接温度与残余应力的试验研究. 结果表明：焊接残余应力的数值模拟结果与实测结果吻合较好,验证了数值模拟方法的正确性和可行性;焊接过程中热源中心稳定温度高达1 401 ℃,远离热源中心温度迅速降低,当与热源中心距离大于25 cm时温度已趋近室温;波形钢腹板弯折角处焊缝的最大Von Mises应力为395 MPa,远高于材料的屈服强度;腹板表面距焊缝0.5 cm处的纵向残余应力高达351 MPa,而波形钢腹板表面的横向残余应力呈抛物线形式波动,最大值为48.5 MPa;波形钢腹板工字形梁上的焊接残余应力以纵向应力为主,且主要分布于距焊缝20 cm的范围内. 研究结论可为实际工程中波形钢腹板工字形梁的残余应力消除提供参考依据.     

7075-T6铝合金薄板激光对接焊温度场与残余应力分布

为了研究铝合金薄板激光对接焊温度场与残余应力分布,推导了考虑焊接深度的热流密度分布的修正函数.利用生死单元技术,运用ABAQUS软件、FORTRAN和PYTHON语言编写的子程序,建立了7075-T6铝合金薄板激光对接焊的有限元模型,获得了在不同时间点的对接焊温度场和残余应力分布,采用梯度网络提高了有限元模型的运算速度和计算精度.研究结果表明:建立的有限元模型能够快速、有效模拟铝合金薄板激光对接焊温度场和残余应力分布;残余应力存在误差的原因,可能在于激光焊接过程中,热源经过横截面时产生的剪切挠曲所致.试验结果同时也验证了有限元模型的正确性和可行性.     

厚板钢梁节点焊接过程监测评估与有限元分析

针对厚板钢梁节点焊接温度和残余应力,以天津某场馆为依托,进行监测评估和有限元分析.对不同板厚(35,mm、50,mm、80,mm、100,mm)和不同路径的横向、纵向残余应力以及焊接温度和支座处混凝土的状态等情况进行了全面监测,分析了厚度对焊接温度和焊接残余应力的影响.结果表明:焊接过程是一个传热过程,属于非均匀瞬态温度场,存在热量传输的"热滞后"现象.沿板宽方向的最高温度出现在钢板中心处,呈中间高、两端低的分布特点,与横向残余应力的分布特点完全一致.随着焊接钢板厚度的增加,纵、横向残余应力及其沿厚度的变化率均明显增大;但厚度超过80,mm后,残余应力的增长速率有明显降低,说明多层、多道焊接方法可有效减小残余应力.     

汽车驱动桥壳焊接变形及焊接残余应力有限元仿真分析

汽车驱动桥壳焊接过程中复杂的温度场与焊接残余应力分布使桥壳产生了较大的焊接变形，利用CATIA建立桥壳三维模型， 使用Simufact Welding软件对其焊接温度场和焊接残余应力及焊接变形进行模拟分析，研究了装夹条件对桥壳焊接变形及焊接残余应力的影响.结果表明:桥壳焊接变形以桥壳两端向焊缝方向收缩翘曲变形为主，最大值为11.63mm，桥壳焊缝的焊接残余应力以桥壳轴向方向的拉应力为主.在桥壳焊接冷却阶段，延长夹具对桥壳的约束控制时间(600s)可以有效地减少桥壳的焊接变形及焊接残余应力，与桥壳焊接的全自由冷却(保持夹具对桥壳的冷却控制时间30s)相比，桥壳焊接变形减小了20%~26%.     

激光对接异厚度铝/钢熔钎焊温度场及残余应力场的数值模拟

以厚度为2mm的5A06铝合金板和1mm热镀锌ST04Z钢对接熔钎焊实验为研究对象,采用ANSYS有限元软件,建立截面的热流分布半径沿厚度方向呈线性衰减的平面高斯三维锥体热源模型,基于所建立的热源模型对温度场和应力场进行耦合分析,得到焊接过程中的温度场和残余应力分布.结果表明:由于材料不同,2板的温度场和应力场存在差异,铝板上温度场范围大于钢板,熔池尺寸较钢板偏大;钢板焊缝附近的应力场范围较大,变形比铝板大。将模拟值与实测值进行对比分析,结果显示模拟值与实测值吻合较好.     

TIG焊墙体成型结构的热应力分析

以简单的墙体成型为例,提出三维热-机耦合模型,用单元生死模拟金属的堆积成型,分析2种不同堆积路径(Z型焊接和同一方向焊接)下的温度场和残余应力分布.结果表明:在不同堆积路径下,温度场和残余应力的分布不同;同一方向焊接所产生的温度场及残余应力比Z型焊接小,但在墙体结束端底部位置,同一方向的Z向应力zσ较高,容易造成墙体和基板断开;Z型焊接在结束端上呈现波动式的高Z向拉应力,容易造成层状撕裂;在熔焊快速制造中,建议焊前对基板进行预热,并在焊后对整个结构进行热处理,以减小残余应力,提高其使用性能.     

Q345B钢梁柱节点焊接残余应力模拟及试验验证

为研究梁柱节点焊接残余应力的分布规律,对梁柱节点焊接残余应力进行了数值模拟,并进行了试验验证.首先,建立梁柱节点焊接全过程随机热力学模型,分析梁柱节点的焊接温度场;其次,通过间接热力耦合分析法分析梁柱节点焊接残余应力分布;最后,通过制作梁柱焊接节点,利用盲孔法测得梁柱节点焊接残余应力,并与模拟结果对比分析.分析结果表明:上、下翼缘焊缝由于距离较远以及工艺孔的存在,焊缝之间的相互影响很小,两者的焊接残余应力基本一致;腹板焊缝之间由于距离很近,焊接时的相互影响较大,两道焊缝残余应力分布不一致;在梁柱节点焊缝焊趾区域,梁上、下翼缘焊缝残余应力分布基本一致,等效残余应力呈V型分布,横向、纵向、法向焊接残余应力都基本呈M型分布,因腹板两道焊缝焊接时产生相互影响导致梁腹板两道焊缝应力分布差别明显.     

梁柱刚接节点盖板加固的焊接残余应力分析

为研究残余应力对梁柱节点加固后性能的影响,通过选择焊接参数,进行三维的热一结构耦合计算,模拟了盖板加固梁柱刚接节点中盖板与柱翼缘之间的对接焊缝的焊接过程,初步讨论了焊接残余应力对加固节点受力性能的影响.计算得到了焊接温度场以及残余应力的分布,以及焊接残余应力对RI指数的影响.分析表明,焊接残余应力对节点的整体受力性能影响很小,但是焊接残余应力的存在会极大的增加焊接热影响区发生脆性断裂的可能性.     

基于热-力耦合磨削表层残余应力的仿真分析

为研究磨削后工件表面残余应力的分布特征需要先进行磨削区温度场的分析.通过建立磨削区温度场的数学模型和传热模型,应用ANSYS分析不同磨削参数对磨削区温度场的影响,仿真结果表明磨削深度对最高温度的影响最大.结合磨削过程中产生的磨削力,用APDL程序对磨削区的热-力耦合场进行ANSYS分析,获得工件在恢复室温时磨削残余应力大小及分布状态,揭示热-力耦合情况下对磨削表面残余应力形成的影响机制.通过残余应力试验对比试验结果和仿真结果,验证了仿真方法的有效性.     

不锈钢板翅结构钎焊残余应力三维数值模拟

利用有限元软件ABAQUS，对错流不锈钢板翅结构钎焊残余应力进行三维数值模拟，对模拟整个钎焊过程的方法和只模拟冷却过程的简化方法进行了比较．结果表明：由于镍基钎料BNi-2和304不锈钢母材热膨胀系数的差异，在钎焊接头处产生了较大的残余应力．2种分析方法所得的残余应力结果相差不大，残余应力主要在冷却过程中产生．因此，对板翅结构真空钎焊残余应力进行数值模拟，可采用只模拟冷却过程的方法，节约分析时间和成本．     

焊接工艺参数对锚拉管焊接残余应力的影响

为了实现不同焊接工艺参数下残余应力的预测,进一步优化相应的焊接工艺,采用数值模拟与试验对比方法研究锚拉管焊接残余应力.利用有限元软件ANSYS模拟T形焊接试件残余应力并与实测应力值作对比,验证了数值方法的准确性.在此基础上,对不同的焊接电压、电流和速度等焊接工艺参数下的锚拉管残余应力进行数值模拟和对比分析.结果表明,锚拉管焊接残余应力与焊接电压、电流呈正相关关系,焊接电流对焊根处纵向残余应力峰值影响较大;与焊接速度呈负相关关系,速度越大,沿焊缝方向上的纵向残余应力明显减小,分布更加均匀,当达到5mm/s时,会出现锚拉管未完全焊,应力峰值位置发生偏移的情况;焊接速度可作为主要的控制参数.基于分析结果,提出锚拉管断面纵向残余应力分布简化模型,以便给锚拉管焊接残余应力研究提供参考.     

基于ADAMS的全断面掘进机刀盘优化设计

针对全断面掘进机刀具布置规律问题,分析了全断面掘进机刀盘的破岩机理,建立了全断面掘进机工作时的刀具受力模型并提出了如何提高刀盘破岩性能的方案.构建了带复杂约束的多变量非线性目标数学模型,并采用智能算法开发了一种针对盾构刀盘上刀具布置规律的优化程序.以EPB6.28型全断面掘进机刀盘为例进行了优化设计,建立了刀盘数字化样机并对其进行了力平衡仿真验证.对两种刀盘在刀具磨损和力平衡性能比较分析,结果表明与原刀盘相比新设计的刀盘具有更加良好的实用性.     

2种切削顺序下TBM刀具破岩机理的数值研究

为研究切削顺序对全断面岩石掘进机(TBM)刀具破岩机理的影响,基于二维离散单元法,利用离散元仿真软件建立无围压条件下2把TBM刀具同时、顺次切削节理不发育岩石的仿真模型.在此基础上设计1组数值试验,模拟TBM刀具在不同刀间距下分别以这2种方式切割岩石时,岩石裂纹生成、扩展和岩石破碎块形成的全过程.最后,利用滚刀回转实验台对顺次加载方式下岩石的破碎模式进行验证.研究结果表明:切削顺序决定了岩石的破碎模式,但并不影响最优刀间距;当刀间距大于80mm时,顺次加载方式的破岩效率不再高于同时加载方式下的破岩效率;在2种加载方式下,岩石应力场的分布基本对称;破碎块的形成与侧向裂纹的交汇密切相关.     

K型管节点焊接残余应力及其对应力集中系数的影响

采用有限元软件ANSYS,以K型管节点为研究对象,利用生死单元技术,模拟焊接过程和退火处理过程,研究管节点的焊接残余应力,得到焊接温度场和应力场的分布。分别对考虑焊接残余应力与不考虑焊接残余应力而只考虑焊缝对结构影响的管节点模型施加轴向载荷,计算这两种模型的热点应力集中系数,得到焊接残余应力对管节点应力集中系数的影响。结果表明:对焊接管节点进行退火处理可以显著降低焊接残余应力,降低发生变形和断裂失效的风险,大幅度提高管节点的安全性能;管节点结构中热点位置及热点应力集中系数与尺寸参数、载荷类型、加载方式、焊缝结构等有关。     

TBM盘形滚刀破岩刃弧长研究分析

根据全断面隧道掘进机(TMB)盘形滚刀破岩运动的规律,综合考虑滚刀和掌子面相互的关系,利用空间几何理论以及空间运动学的坐标变换矩阵法建立了盘形滚刀工作刃破岩的运动学模型.采用Matlab软件编程对模型求解,得到盘形滚刀对掌子面的理论压碎轨迹的仿真图形及其破岩刃各点一次破岩弧长分布规律.结合仿真结果对比研究了TBM刀盘上中心刀和正刀的破岩刃弧长分布的规律.随着盘形滚刀刀位半径的增加,滚刀破岩刃一次破岩弧长呈下降趋势,但累计破岩弧长线性增加.盘形滚刀破岩仿真方法有利于对刀具磨损、破岩机理、刀具优化设计及其在刀盘上布局优化的研究.     

高强度桥梁钢Q460q焊接应力场的数值模拟研究

以高强度桥梁钢Q460q对接接头为研究对象,运用ANSYS有限元分析软件,对焊接过程的应力场进行了三维实时动态数值模拟,得到了Q460q钢板在不同焊接速度下焊缝区的瞬态应力场。提出了可行的三维焊接应力场的动态模拟分析方法,为优化焊接结构工艺和焊接规范参数提供了理论依据和指导。模拟计算结果表明,三层焊接的最佳焊接工艺参数为:焊接速度5.2 mm/s,焊接热功率分别为15 000,16 500,18 000 W。     

混合钢U肋加劲板焊接残余应力影响因素分析

建立三维热弹塑性有限元模型,对混合钢U肋加劲板的焊接温度场和应力场进行模拟,并应用盲孔法残余应力测试试验验证了该数值模拟方法的正确性.应用经验证的焊接残余应力数值模拟方法,研究散热系数、焊接有效功率、熔池面积大小、焊接速度变化对混合钢U肋加劲板焊接残余应力分布与大小的影响.结果显示,焊接有效功率对混合钢U肋加劲板的残余应力分布的影响最大,其次为熔池面积及焊接速度,散热系数影响很小;母板和U肋的残余拉应力和残余压应力大小、残余拉应力区分布宽度、母板残余拉应力合力和残余压应力合力,与焊接有效功率和熔池面积大小成正比变化,与焊接速度成反比变化;而U肋残余拉应力合力和残余压应力合力,与焊接有效功率成正比变化,与熔池面积大小和焊接速度成反比变化.