焊縫形狀對鋁合金焊接殘余應力應變影響分析（本科畢業(yè)論文設計）
摘 要

本文在總結(jié)前人的工作基礎上結(jié)合數(shù)值計算的方法，對焊接過程產(chǎn)生的應力場及焊后殘余應力和變形進行了二維實時動態(tài)模擬的研究，提出了基于ANSYS軟件的焊接應力和變形的模擬分析方法，并對不同的焊接接頭的應力作了分析，且分析結(jié)果與傳統(tǒng)的分析結(jié)果和理論基本吻合。
在模擬計算時，采用ANSYS軟件的熱-結(jié)構(gòu)藕合功能，利用間接法，先計算焊接溫度場，溫度場模擬準確之后保存其結(jié)果，再進行焊接應力和變形的計算。
模擬計算中一個最大的問題就是計算時間過長，分析其原因主要有兩點：
（1）嚴重的材料和幾何非線性導致求解過程收斂困難:
（2）因熱源移動需采用多步載荷進行計算。
為了解決這一問題并提高計算精度，本文對不同溫度時材料的物理性能參數(shù)進行了一定的選取和處理;采用自由網(wǎng)格劃分形式劃分網(wǎng)格以保證焊縫處網(wǎng)格足夠細小;選取高斯函數(shù)分布的熱源模型，利用ANSYS軟件的APDL(ANSYS Parametric Design Language)語言編寫程序?qū)崿F(xiàn)移動熱源的加載;選取適當?shù)挠嬎銜r間步長;采用“生死單元”法模擬熔池金屬的熔化和凝固。
通過研究和算例驗證，本文建立了可行的二維焊接應力場的動態(tài)模擬分析方法，為復雜焊接結(jié)構(gòu)進行二維焊接應力場的分析提供了理論依據(jù)和指導，促進了有限元分析技術在焊接力學分析以及工程中的應用。


關鍵詞:焊接，有限元，數(shù)值模擬，ANSYS，應力和變形

ABSTRACT

This paper researched how to realize the2D dynamic simulation of welding stress field and welding deformation when weldment is been welding and welding residual stress and residual deformation when weldment is cooled, then uses the research result to simulate the welding process of board surfacing. At the same time, the calculation result accords with traditional analysis results and theory results.
When calculating, through ANSYS' thermal-structure couples function, firstly calculate welding temperature field and save the result, then use the temperature result as load to calculate welding stress and deformation
The most important problem, we have to face when calculating, is that the counting time is too long. There are three reasons:
(1) Serious material and geometrical nonlinear result in difficult solving convergence.
(2) Have to employ mufti-step load for moving heat source.
In order to solve the problem and improve solution accuracy, this paper chooses stated material property parameter, uses free mesh, chooses Gauss function heat source model, uses ANSYS' APDL (ANSYS Parametric Design Language) to compile program to apply load of moving heat source, chooses suitable time step, uses the method of "birth and death" method to simulate the weld pool's melting and freezing.
Through research and practical verify, this paper establishes a feasible dynamic simulation method on 2D welding stress field and deformation, which provides theory foundation and instruction, promotes the application of FEM (Finite Element Method) on welding mechanics analysis and engineering.


Keywords：
Welding, finite element, numerical simulation field, ansys, stress and deformation
目 錄

中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1緒論 1
1.1引言 1
1.2焊接殘余應力研究現(xiàn)狀及趨勢 2
1.3ANSYS軟件在焊接殘余應力應變分析中現(xiàn)狀及發(fā)展 3
1.4本課題的重點研究內(nèi)容及實現(xiàn)途徑 4
1.5本課題的意義 4
2 鋁合金焊接殘余應力 5
2.1焊接殘余應力的定義 5
2.2焊接殘余應力的分布及測量 5
2.2.1焊接殘余應力的分布 5
2.2.2殘余應力的測量方法 5
2.3焊接殘余應力的作用及影響 5
2.3.1對構(gòu)件承受載荷能力的影響 5
2.3.2對結(jié)構(gòu)脆裂性斷裂影響 6
2.3.3對疲勞強度的影響 6
2.3.4對結(jié)構(gòu)剛度的影響 6
2.3.5 對受壓桿件穩(wěn)定性的影響 6
2.3.6對應力腐蝕的影響 7
2.3.7對構(gòu)件精度和尺寸穩(wěn)定性的影響 7
2.4焊接殘余應力在構(gòu)件中的分布特點 7
2.5焊接殘余應力的消除和控制 7
2.5.1減小焊接內(nèi)應力的措施 7
2.5.2減小焊接應力的工藝措施 7
2.5.3焊后消除焊接殘余應力的方法 8
3 ANSYS軟件簡介 9
3.1引言 9
3.2有限元法基本理論 9
3.2.1有限元方法簡介 10
3.2.2典型分析步驟 10
3.3有限元程序前后處理技術 11
3.3.1前處理算法 11
3.3.2后處理技術 11
3.4有限元軟件ANSYS 12
3.4.1ANSYS軟件的分析類型 12
3.4.2ANSYS 的特點 13
3.4.3ANSYS軟件結(jié)構(gòu) 15
4 ANSYS焊接仿真分析 16
4.1研究對象 17
4.2計算流程 19
4.3有限元模型的建立 20
4.3.1定義材料的屬性 20
4.3.2建立的模型圖 21
4.3.3網(wǎng)格的劃分 23
4.3.4加載邊界條件 24
4.4本章小結(jié) 25
5 仿真結(jié)果的分析與討論 26
6結(jié)論 31
7致謝 32
8參考文獻 33