【《焊接过程中残余应力场动态演变过程分析案例》1500字】

焊接过程中残余应力场动态演变过程分析案例1.1应力边界条件该材料模型采用了双线性的随动强化模型，材料模型符合米赛思屈服原则，在数值模拟时用位移约束模拟实际实验中压板的作用，通过对A、B、C三点施加不同的约束是整个零件在焊接数值模拟的过程中不发生刚性转动或位移。在A点施加XYZ三个方向约束；在B点施加X方向（横向平板）和Y方向（垂直于平板）的约束，但对Z方向没有约束使零件可以纵向的变形；在C点施加Y方向（垂直于平板）的约束，以避免零件发生翻转。如图4-1图4-1应力边界条件Fig.4-1Stressboundaryconditions1.2应力场数值模拟结果首先在ANSYS软件中建立有限元模型，通过查阅文献分别对金属铝以及金属镁在不同的温度下的比热容、弹性模量、泊松比、热膨胀系数、热导率、屈服强度、切线模量，通过这些属性对材料进行定义，温度场的计算分析打下基础，得到温度场。再将温度场文件导入ANSYS软件中计算应力场。一般来讲最终的残余应力一般取决于材料属性、结构尺寸、焊道数、保温时间、热输入、蠕变参数、焊接顺序、热处理温度及约束条件第一步将代表焊道的单元格全部进行杀死处理，然后逐步复活单元格实现焊缝的逐渐成型，以温度场计算的模拟结果全部作为负载然后加载在各个节点上进行稳态分析。分别对零件横向和纵向的应力进行分析，其中纵向残余应力是代表焊件中与焊缝平行的方向首先将代表焊缝的单元全部杀死，然后通过生死单元法实现焊缝的逐段生成。以温度场计算结果作为热负载加载在节点上进行稳态分析。对横向和纵向的残余应力进行分析，纵向残余应力是指焊接结构中平行焊缝方向的，主要是由受热产生的纵向收缩的作用；横向残余应力是由焊缝及附近塑性变形区纵向收缩所引起的焊接残余应力以及焊缝及其附近塑性变形区横向收缩的不同时性所引起的残余应力的综合。图4-2显示在加热过程中，焊缝中心位置受到等效残余压应力，焊接热影响区受到等效残余拉应力。金属材料在塑性变形中能够产生加工硬化，随着变形程度的增加，金属的强度和硬度增加。在此焊接过程中，产生了各向异性强化，某个方向的屈服应力升高。由云图可知，焊接过程中残余压应力超过了材料得到屈服强度，可能是突然受热产生的。在加热位置焊缝区域受热膨胀横向应力为压应力，远离焊缝区域横向应力为拉应力；在加热位置焊缝区域受热膨胀纵向应力为压应力，远离焊缝区域纵向应力为拉应力；在已冷却焊缝区域，焊缝开始收缩，呈现拉应力，且随着焊接进行，拉应力区域逐渐增大。（a）5sX轴残余应力（b）5sY轴残余应力（c）5sZ轴残余应力（d）5s等效残余应力（e）50sX轴残余应力（f）50sY轴残余应力（g）50sZ轴残余应力（h）50s等效残余应力图4-2加热过程中的残余应力云图Fig.4-2Residualstresscontourduringheating图4-3显示随着冷却过程中的不断进行，横向残余压应力在焊接初始位置处最大且压应力范围不断扩大，横向残余拉应力在焊缝中心区域最大且拉应力范围不断扩大；纵向残余压应力在焊接热影响区内最大且压应力范围不断扩大，纵向残余拉应力在焊缝中心区域最大且拉应力范围不断扩大；等效残余应力为拉应力，等效残余拉应力在焊接初始位置时最大。最终态残余应力：焊接初始位置和结束位置横向应力为压应力，稳定焊接区域横向应力为拉应力；焊缝及热影响区纵向应力为拉应力，远离焊接区域应力纵向应力为压应力。（a）87sX轴残余应力（b）87sY轴残余应力（c）87sZ轴残余应力（d）87s等效残余应力（e）1440sX轴残余应力（f）1440sY轴残余应力（g）1440sZ轴残余应力（h）1440s等效残余应力图4-3冷却过程中的残余应力云图Fig.4-3Residualstresscontourduringcooling距焊缝中心位置的不同，各点应力变化也不同，横向残余压应力和横向残余拉应力随着距焊缝中心距离的增大而减小而后趋于一致；纵向残余压应力随着距焊缝中心距离的增大而增大，纵向残余拉应力随着距焊缝中心距离的增大而减小。横向残余应力（b）纵向残余应力图4-