例19 平板的对接焊缝的温度场和应力场

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不锈钢平板焊接过程的温度场模拟

不锈钢平板焊接过程的温度场模拟袁训锋;柯昌珍;陈武彦;田敏【摘要】以厚大不锈钢平板件作为焊接材料,采用直接差分法求解热传导方程,运用C++语言编写模拟程序,再现焊接过程中的温度场分布,研究了热量集中系数对温度场分布及热影响区的影响.结果表明:焊接过程中,在移动热源前方等温线较密集,热源后方等温线较稀疏,以焊接点为中心,热扩散层呈辐射状.随着热量集中系数k的增加,材料的最高温度和最低温度均升高,热影响区域面积减小.【期刊名称】《中国铸造装备与技术》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】3页(P9-11)【关键词】焊接过程;温度场;直接差分法;数值模拟【作者】袁训锋;柯昌珍;陈武彦;田敏【作者单位】商洛学院,陕西商洛726000;商洛学院,陕西商洛726000;商洛学院,陕西商洛726000;商洛学院,陕西商洛726000【正文语种】中文【中图分类】TG457焊接是涉及电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。

采用理论方法分析将遇到巨大的数学困难，采用传统试验方法研究无法揭示焊接过程的物理本质，数值模拟技术能够克服理论分析和传统试验研究所遇到的困难，已经成为研究焊接过程的重要工具。

在焊接过程数值模拟的发展中，Goldak［1］针对激光焊接、电子束焊接，焊接电弧的穿透作用而不考虑电子束，提出一个半球形的源分布函数，建立了焊接过程数值模拟的热源模型。

薛忠明［2］等在激光小孔传热模型的基础上进行深度的分析，将移动线热源条件下的稳态温度场与高斯分布热源下的温度场二维瞬态有限元分析结果进行对比。

曾祥呈［3］等利用APDL编写程序，模拟了激光焊接过程中的焊接原材料表面温度场的变化。

王希靖［4］等建立了搅拌摩擦焊的热输入模型，借助ANSYS有限元工具，再现了铝合金薄板搅拌摩擦焊过程的温度场，获得了温度场空间分布随时间的变化规律。

胡瑢华［5］等以薄板件单层成形为研究对象，分析了不同的堆积轨迹对温度场的影响，从而为合理选择成形过程的扫描路径提供理论依据。

焊接结构学口试题解答(200题完整版)

QA ( AP) 2 TA exp[ b 10] hc (4 a 10) 4a 10 QB ( BP) 2 exp[ b 10] hc (4 a 10) 4a 10 TP TA TB TB
正确的做法是，利用 2-58 的固定连续点热源极限状态温度公式，计算 Tlim： q UI Tlim ( R, x)-T0 2 R 2 R 之后利用热饱和和热均匀来计算：
T 0 y
动量方程和连续性方程的边界条件：在固体中和固液相界面上——速度与坐标相同
u u0 , v 0, w 0
在熔池表面上——粘力与表面张力
v z T u z T

T y T x
（3）体积力初始条件体积力 X，Y，Z 包括电磁力和自然对流项
3
v v2 R, 3 t ，查下表获得热饱和函数 ( i , i ) ， 2a 4a
A 点造成 P 的温升：先饱和后热均匀时， T (t ) T0 Tli [(t ) (t 10)] ，t=15s 时的温度； B 点造成 P 的温升：
只有热饱和过程， T (t ) T0 ( i , i )Tli ，计算 10s 的温度；之后二者相加 TP TA TB 。 15. 移动点热源作用下，构件上哪点的温度与热源移动速度无关？（P22-P23）条件：有不变功率为 q 的连续作用点热源沿半无限体表面匀速直线移动，热源移动速度为 v。忽略起始阶段与收尾阶段，并认为在准稳态温度场。我们考虑极限状态 t∞，以等速度沿半无限体表面运动的、不变功率的点热源的热传导过程极限状态方程 q Rx T ( R, x) exp( v) 2 R 2a q 当 x=-R(热源后方)， T 该点与运动速度 v 无关。 2 R 16. 快速移动热源作用下的温度场有何特征，为什么？（P31）运动速度 v 越大，热源前方的温度下降就越快，当 v 极大时，热量传播几乎只沿横截面进行。往往，快速移动大功率热源工艺参数 q 和 v 成比例增加，以保证单位长度焊缝上的热输入 qw=q/v 为常熟。（焊接时间减少，因此具有重要的实际意义。）此时，加热区的长度于速度成比例增加，其宽度趋近于一个极限值。当移动速度极高时，热传播主要在垂直于热源运动的方向上进行，在热源运动方向上传热很少，可以忽略。应用：作用于半无限体上的快速移动大功率热源——线热源——二维传播作用于无限大板上的快速移动大功率热源——带状热源——一维传播 17. 高斯热源作用于厚板上的温度场表达式。分析其与线热源和面热源的关系？（P27-P28、P31+自想）（1）瞬时高斯热源：瞬时高斯热源在半无限体内的热传播过程是线性热传播过程表达式和平面径向热传播过程表达式的乘积。

《2024年基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》范文

《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言焊接作为一种重要的工艺方法，广泛应用于各种工程结构中。

然而，焊接过程中产生的温度场和应力分布对焊接结构的质量、性能和使用寿命有着重要的影响。

因此，对焊接温度场和应力的研究具有非常重要的意义。

本文将通过ANSYS软件进行焊接温度场和应力的数值模拟研究，以期为焊接工艺的优化提供理论依据。

二、焊接温度场的数值模拟1. 建模与材料属性设定在ANSYS中建立焊接结构的几何模型，设定材料的热学性能参数，如热导率、比热容等。

同时，设定焊接过程中的热源模型，如高斯热源模型等。

2. 网格划分与边界条件设定对模型进行合理的网格划分，以便更好地捕捉温度场的分布情况。

设定边界条件，包括环境温度、对流换热系数等。

3. 求解与结果分析通过ANSYS的瞬态热分析模块进行求解，得到焊接过程中的温度场分布情况。

分析温度场的变化规律，研究焊接过程中的热循环行为。

三、焊接应力的数值模拟1. 建模与材料属性设定在ANSYS中建立与温度场分析相同的几何模型，设定材料的力学性能参数，如弹性模量、泊松比等。

同时，导入温度场分析的结果作为应力分析的初始条件。

2. 网格划分与约束条件设定对应力分析模型进行网格划分，并设定约束条件，如固定支座等。

这些约束条件将影响应力的分布情况。

3. 求解与结果分析通过ANSYS的结构分析模块进行求解，得到焊接过程中的应力分布情况。

分析应力的变化规律，研究焊接过程中的残余应力分布情况。

同时，结合温度场分析结果，研究温度与应力之间的关系。

四、结果与讨论1. 温度场分析结果通过ANSYS的数值模拟，得到了焊接过程中的温度场分布情况。

结果表明，在焊接过程中，焊缝处的温度较高，随着距离焊缝的增大，温度逐渐降低。

同时，随着时间的变化，温度场呈现出明显的热循环行为。

2. 应力分析结果在应力分析中，我们发现焊接过程中会产生较大的残余应力。

这些残余应力主要分布在焊缝及其附近区域，并呈现出一定的规律性。

基于数值模拟的钢结构平板对接焊残余应力参数研究

基于数值模拟的钢结构平板对接焊残余应力参数研究针对平板对接焊焊接时的热应力特征，采用高斯移动热源模式和通用有限元软件ANSYS进行了焊接温度场和应力场的耦合模拟分析。

分析中考虑了钢材热物理参数和力学参数随温度变化的非线性性能，得到了焊后残余应力的大小与分布规律。

建立了多组有限元数值模型，对比分析了焊接有效热功率、材料屈服强度、板厚和焊接速度对焊接残余应力的影响。

得到了焊接残余应力大小及分布规律与各焊接参数之间的关系。

Key words：flat plate of butt-welding; residual stress; numerical simulation; parameter study焊接已成为钢结构中最重要和最普遍的连接方式，但由于焊接过程中不均匀温度场使材料局部屈服，产生塑性变形，当温度恢复到初始均匀状态时，就会产生残余应力。

国内外研究表明焊接残余应力对于结构的静强度、疲劳强度、应力腐蚀等都有至关重要的影响[1，2]。

焊接残余应力大小和规律的评估具有重要的工程意义。

目前残余应力的测试手段很多[2]，并能达到一定的精度，但费时较长、经济耗费较大。

而随着有限元方法的不断完善和计算机运算能力的不断提高，数值模拟逐渐显示其优势，并能较准确的模拟焊接残余应力的形成过程[3]。

本文针对最常用的平板对接焊，采用ANSYS软件建立了多种不同焊接参数的三维有限元数值模型，采用间接耦合的方法对焊接温度场和应力场进行了数值模拟，对不同参数对残余应力大小和分布规律的影响进行了详细研究。

1.模型的建立1.1建模采用大型通用有限元软件ANSYS建立焊接结构的三维有限元模型进行弹塑性分析。

共设计了四组模型，分别用来确定焊接有效热功率，材料屈服强度，板厚、焊接速度对焊接残余应力的影响。

各组模型参数如表1-表4所示。

表1 不同焊接热功率有限元模型为减小计算量，考虑到对称性，建立半结构模型，如图1所示。

在焊缝附近，网格划分较小，在远离焊缝区域，单元可适当划大。

机械工程中的温度场与应力场分析

机械工程中的温度场与应力场分析机械工程是一门应用学科，研究机械结构的设计、制造和维护等方面的知识。

而在机械工程中，温度场与应力场分析是非常重要的一部分，它们直接影响着机械结构的性能和寿命。

本文将介绍机械工程中的温度场与应力场分析，探讨其原理、应用以及相关技术。

一、温度场分析1. 温度场的定义与意义温度场是指在空间中不同位置的温度分布情况。

在机械工程中，温度场对于材料的热胀冷缩、热变形以及热应力等方面的影响非常重要。

通过对温度场的分析，可以确定机械结构在不同温度条件下的性能，进而进行合理的设计和优化。

2. 温度场分析的方法温度场分析可以通过数学建模和计算机仿真两种方法进行。

数学建模方法包括一些传统的热传导方程求解技术，如分析法、二维和三维有限元法等。

计算机仿真方法则是通过建立数学模型，并运用计算机软件进行数值计算，得到温度场的分布情况。

3. 温度场分析的应用温度场分析在机械工程中有着广泛的应用。

例如，在锻造、焊接、铸造等工艺过程中，温度场分析可以帮助工程师确定材料的热历史，预测材料的变形情况，从而指导工艺参数的选择。

此外，在机械结构的设计中，温度场分析可以帮助工程师确定合理的材料选择、结构改进，提升机械结构的耐高温性能。

二、应力场分析1. 应力场的定义与意义应力场是指在机械结构内部不同位置的应力状态。

应力是材料内部的力学性质，对于机械结构的强度、刚度、耐久性等方面具有重要影响。

通过对应力场的分析，可以确定机械结构在工作载荷下的应力分布情况，进而进行合理的设计和优化。

2. 应力场分析的方法应力场分析可以通过数学建模和计算机仿真两种方法进行。

数学建模方法包括一些传统的力学方程求解技术，如静力学、弹性力学等。

计算机仿真方法则是通过建立数学模型，并运用计算机软件进行数值计算，得到应力场的分布情况。

3. 应力场分析的应用应力场分析在机械工程中具有广泛的应用。

例如，在机械结构的设计中，应力场分析可以帮助工程师确定机械结构的合理尺寸、形状和材料，确保机械结构在工作载荷下不会发生失效。

平板对接焊的温度场和应力场有限元分析

场对应力场的影响，而忽略应力场对温度场的作用。焊接
过程中金属一般要经历两个阶段，即加热和冷却。某一时刻构件上会同时存在固相区、液相区和固、液共存区，影响计算所采用的方程。固液共存区存在时间短，可以忽略
服强度，离开焊缝区后焊接残余应力迅速衰减为压应力。
１焊接温度场控制方程
在区域Ｑ中热过程控制方程为：
关键词：中厚板；对接焊；温度场；应力场；有限元
中图分类号：ＴＧ４０２文献标志码：Ａ
文章编号：１６７２— ４０１１（２０１３）Ｏ１ — ０ｏ７４— ０３
Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｅｆｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｉｅｆｌｄｔｏｂｕｔｔｗｅｌｄｉｎｇ
ｃ＿ｆ，ｄＴ＝Ｖ［Ａ］十
ｅｘｉｓｔｉｎｍｏｄｅｒａｔｅｌｙｔｈｉｃｋｐｌａｔｅｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｗｅｌｄｉｎｇ，ｔｈｅ
式中，Ｏ／为对流换热系数，为零对流时的参考温度。（２）辐射换热导致的边界热流：
ｑ，＝Ｏ＂０８０（一）
式中，ｓ。和Ｇｒ０分别为黑度（发射率）和黑体辐射常数，
，
ｔｈｅｒｍａｌ —ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｃｏｕｐｌｉｎｇａｎｌｙａｓｉｓｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＡＮＳＹＳｉｓａｐ —

19春天大《工程材料及其成形技术基础》在线作业二

《工程材料及其成形技术基础》在线作业二
在设计铸件时，考虑铸件最小壁厚的原因是（）
A.收缩性
B.吸气性
C.氧化性
D.流动性
正确答案:D
铸造机器造型特点为（）
A.不用型砂和芯砂，生产率高
B.不用砂箱，对工人的技术要求高
C.砂与砂箱都用，铸型质量高
正确答案:C
要改变锻件内纤维组织的形状和方向，可采用的方法是(）
A.重结晶
B.再结晶
C.调质处理
D.锻造
正确答案:B
常用铸造方法中生产率最高的为（）
A.砂型铸造
B.熔模铸造
C.压力铸造
D.离心铸造
正确答案:C
造成铸件外廓尺寸减小的原因是（）
A.液态收缩
B.凝固收缩
C.糊状收缩
D.固态收缩
正确答案:D。

焊接温度场与应力场的研究历史与发展

科技信息２００８年第３期ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ焊接温度场的准确计算或测量，是焊接冶金分析和焊接应力、应变热弹塑性动态分析的前提。

关于焊接热过程的分析，苏联科学院的助Ｒｙｋａｌｉｎ院士对焊接过程传热问题进行了系统的研究，建立了焊接传热学的理论基础。

为了求热传导微分方程的解，他把焊接热源简化为点、线、面三种形式的理想热源，且不考虑材料热物理性质随温度的变化以及有限尺寸对解的影响。

实际上焊接过程中除了包含由于温度变化和高温引起的材料热物理性能和变化而导致传热过程严重的非线性外，还涉及到金属的熔化、凝固以及液固相传热等复杂现象，因此是非常复杂的。

由于这些假定不符合焊接的实际情况，因此所得到的解与实际测定有一定的偏差，尤其是在焊接熔池附近的区域，误差很大，而这里又恰恰是研究者最为关心的部位。

Ａｄａｍｅｓ、木原博和稻埂道夫等人根据热传导微分方程，以大量的实验为基础，积累了不同材料、不同厚度、不同焊接线能量以及不同预热温度等测量数据，然后从传热理论的有关规律出发，经过整理、归纳和验证，最后建立了不同情况下的焊接传热公式。

这种方法比前者采用数学解析法要准确，但实验的工作量很大，有确定的应用条件和范围，且可靠性取决于测试手段的精度。

１９６６年Ｗｉｌｓｏｎ和Ｎｉｃｋｅｌｌ首次把有限元法用于固体热传导的分析计算中。

７０年代，有限元法才逐渐在焊接温度场的分析计算中使用。

１９７５年，加拿大的Ｐｏｌｅｙ和Ｈｉｂｂｅｒｔ在发表的文章中，介绍了利用有限元法研究焊接温度场的工作，编制了可以分析非矩形截面以及常见的单层、双层Ｕ，Ｖ型坡口的焊接温度场计算程序，证实了有限元法研究焊接温度场的可行性。

之后国内外众多学者进行了这方面的研究工作。

Ｋｒｕｔｚ在１９７６年的博士论文中专门研究了利用焊接温度场预测接头强度问题，其中分析了非线性温度场，在二维分析模型中，假定电弧运动速度比材料热扩散率高，因此传到电弧前面的热量输出量相对比较小，从而忽略了在电弧运动方向的传热，这实际上与Ｒｙｋａｌｉｎ高速移动热源公式的处理方法是一致的。

焊接温度场和应力场的数值模拟

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沈阳工业大学硕士学位论文焊接温度场和应力场的数值模拟姓名：王长利申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：董晓强 20050310沈阳工业大学硕士学位论文摘要焊接是一个涉及电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程。

焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等。

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焊接各种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，并结合数值计算的方法，对焊接过程产生的温度场、应力场进行了实时动态模拟研究，提出了基于ＡＮＳＹＳ软件为平台的焊接温度场和应力场的模拟分析方法，并针对平板堆焊问题进行了实例计算，而且计算结果与传统结果和理论值相吻合。

本文研究的主要内容包括：在计算过程中材料性能随温度变化而变化，属于材料非线性问题；选用高斯函数分布的热源模型，利用函数功能实现热源的移动。

建立了焊接瞬态温度分布数学模型，解决了焊接热源移动的数学模拟问题；通过改变单元属性的方法，解决材料的熔化、凝固问题；对焊缝金属的熔化和凝固进行了有效模拟，解决了进行热应力计算收敛困难或不收敛的问题；对焊接过程产生的应力进行了实时动态模拟，利用本文模拟分析方法，可以对焊接过程的热应力及残余应力进行预测。

本文建立了可行的三维焊接温度场、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。

关键词：焊接，数值模拟，有限元，温度场，应力场沈阳工业大学硕士学位论文ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗｅｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄＡｂｓｔｒａｃｔＷｅｌｄｉｎｇｉｓａｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａ／ｐｒｏｃｅｓｓｗｌｆｉｅｈｉｎｖｏｌｖｅｓｉｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍ，Ｍａｔｔｒａｎｓｆｅｒｒｉｎｇ，ｍｅｔａｌｍｅｌｔｉｎｇａｎｄｆｒｅｅｚｉｎｇ，ｐｈａｓｅ?ｃｈａｎｇｅｗｅｌｄｉｎｇＳＯｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｏｎ，Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｇｅｔｈｉｇｈｑｕａｆｉｔｙｗｅｌｄｉｎｇｓｔｍｃｔｔｌｒｅ，ｔｈｅｓｅｆａｃｔｏｒｓｈａｖｅｔｏｂｅｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ．Ｉｆｃａｎｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｂｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｔｈｅｂｅｓｔｄｅｓｉｇｎ，ｐｍｃｅｄｕｒｅｍｅｔｈｏｄａｎｄｏｐｔｉｍｕｍｗｅｌｄｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｃａｎｂｅｏｂｔａｉｎｅｄ．ＢａｓｅｄＯｉｌｓｕｍｍｉｎｇｕｐｏｔｈｅｒ’Ｓｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｅｍｐｌｏｙｉｎｇｎｕｍｅｒｉｃａｌｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｅｒｓｙｓｔｅｍｉｃａｌｌｙｄｉｓｃｕｓｓｅｓｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌ删ｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｂｙｒｅａｌｉｚｉｎｇｔｈｅ３Ｄｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗｅｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ，ｔｈｅｎｕｓｅｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｒｅｓｕｌｔｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｂｏａｒｄｓｕｒｆａｃｉｎｇｂｙＦＥＭｓｏｆｔＡＮＳＹＳ．Ａｔｔｈｅｔｈｅｏｒｙｒｅｓｕｌｔ．ｓａｍｅｔｉｍｅ．ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔａｃｃｏｒｄｓｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔａｎｄＴｈｅｍａｉｎｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｔｈｅｐａｐｅｒａｒｅａｓｆｏｌｌｏｗｉｎｇ：ｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｉｎｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｓａｍａｔｅｒｉａｌｎｏｎｌｉｎｅａｒｐｒｏｃｅｄｕｒｅｔｈａｔｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｃｈａｎｇｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＧａｕｓｓａｓｗｉｔｈｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ；ｃｈｏｏｓｅｈｅａｔｓｏｕｒｃｅｍｏｄｅｌ．ｕｓｅｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｃｏｍｍａｎｄｔｏａｐｐｌｙｌｏａｄｏｆｍｏｖｉｎｇｈｅａｔＳ０１２Ｉｅ－２．ＡｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌｏｆｔｒａｎｓｉｅｎｔｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｃｅｓｓｉｎｗｅｌｄｉｎｇｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｍｏｖｉｎｇｏｆｔｈｅｈｅａｔｓｏＢｒｃｅ．Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｍｅｓｈｓｉｚｅ，ｗｅｌｄｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｗｅｌｄｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔａｎｄｅｆｆｅｃｔｉｖｅｒａｄｉｕｓｅｌｅｃｔｒｉｃａｒｃｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａ比ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｆｕｓｉｏｎａｎｄｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｈａｓｂｅｅｎｓｏｌｖｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｃｈａｎｇｉｎｇｔｈｅｅｌｅｍｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌ．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｈｅｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｒｔｈｅｕｎ—ｃｏｎｖｅｒｇｅｎｃｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｏｆｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｌＴｅｓｓｉｓｓｏｌｖｅｄ；ｔｈｒｏｕｇｈｒｅａｌ－ｔｉｍｅｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔｒｅｓｓｐｒｏｄｕｃｅｄｉｎｗｅｌｄｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓａｎｄｒｅｓｉｄｕａｌＳｌｌ℃ＳＳｉｎｗｅｌｄｉｎｇｃａｎｂｅｐｒｅｄｉｃｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ａｆｅａｓｉｂｌｅｓｌＩｅｓｓｄｙｎ黜ｆｉｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｎ３Ｄｗｅｌｄｉｎｇｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ，ｏｎｆｉｅｌｄｈａｄｂｅｅｎｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｓｔｈｅｏｒｙｆｏｕｎｄａｔｉｏｎａｎｄｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｔｈｅｗｅｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＫＥＹＷＯＲＤ：Ｗｅｌｄｉｎｇ，ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ，Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ，Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄ，Ｓｔｒｅｓｓｆｉｅｌｄ．２．独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

焊接过程中的温度场与应力场仿真

焊接过程中的温度场与应力场仿真焊接是一种常见的金属加工方法，通过加热和冷却的过程将两个或多个金属零件连接在一起。

在焊接过程中，温度场和应力场是两个重要的物理现象，对焊接质量和工件性能有着重要的影响。

本文将探讨焊接过程中温度场和应力场的仿真分析。

1. 焊接过程中的温度场仿真焊接过程中，电弧或激光等热源会将焊接区域加热到高温，使金属材料熔化并形成焊缝。

温度场仿真可以帮助我们了解焊接过程中的温度分布情况，进而优化焊接参数和工艺。

首先，我们可以使用有限元分析方法进行温度场仿真。

有限元分析是一种基于数值计算的方法，将复杂的物理问题离散化为有限个简单的子问题，通过求解这些子问题来获得整体的解。

在焊接过程中，我们可以将焊接区域离散化为一系列的小单元，然后根据热传导方程和边界条件，求解每个小单元的温度分布。

通过将这些小单元的温度场拼接起来，就可以得到整个焊接区域的温度场分布。

其次，我们还可以使用计算流体力学（CFD）方法进行温度场仿真。

CFD方法是一种基于流体力学原理的计算方法，可以模拟流体的运动和传热过程。

在焊接过程中，焊接区域的气体和熔池的流动对温度场分布有着重要的影响。

通过建立焊接区域的几何模型、设置边界条件和求解流动和传热方程，我们可以得到焊接过程中气体和熔池的温度分布情况。

温度场仿真可以帮助我们分析焊接过程中的热效应，进而优化焊接参数和工艺。

例如，通过仿真分析，我们可以确定合适的预热温度和焊接速度，以控制焊接区域的温度分布，避免产生焊接缺陷和变形。

2. 焊接过程中的应力场仿真焊接过程中的温度变化会引起金属材料的热膨胀和收缩，从而产生应力。

应力场仿真可以帮助我们了解焊接过程中应力的分布情况，预测焊接区域的变形和残余应力。

与温度场仿真类似，应力场仿真也可以通过有限元分析和CFD方法来实现。

在有限元分析中，我们可以将焊接区域离散化为一系列的小单元，并根据材料的本构关系和边界条件，求解每个小单元的应力分布。

通过将这些小单元的应力场拼接起来，就可以得到整个焊接区域的应力场分布。

焊接温度场和应力场的有限元分析

焊接温度场和应力场的有限元分析张华波;刘志义【摘要】本文通过ANSYS有限元分析软件平台,实现了高斯移动热源载荷下平板堆焊的焊接温度场和应力场的数值模拟分析,得到了焊接温度场和应力场的分布情况和变化规律.【期刊名称】《石油和化工设备》【年(卷),期】2016(019)009【总页数】4页(P27-30)【关键词】温度场;应力场;ANSYS;有限元模拟【作者】张华波;刘志义【作者单位】中南大学材料科学与工程学院, 湖南长沙 410083;中南大学材料科学与工程学院, 湖南长沙 410083【正文语种】中文焊接是一个快速升温并随后快速冷却的过程，焊接物理现象包括焊接时的传热过程、金属的熔化和凝固、电磁、冷却时的相变、变形、焊接应力等。

焊接时，在焊件上将产生局部高温的不均匀温度场，焊缝中心处的温度可达1500℃以上，焊缝填料受热向外膨胀但受到周围母材的约束，从而在焊件内产生较大的温度应力，此应力会随着温度和时间发生不断的变化，某些部位的焊接应力甚至达到材料的屈服强度而发生塑性变形，在焊件冷却后残存于内部成为残余应力。

焊接所产生的残余应力和变形，可对焊接结构质量产生重大影响。

在实际结构中，多数开裂都是从焊缝处发起的［1］，因此对焊接温度场和应力场进行分析是十分必要的。

焊件尺寸及相关参数如下：焊件材质为低碳钢25#，焊丝为H08Mn2SiA，焊件几何尺寸为120 mm×120 mm×6mm，焊缝位于焊件的Y-Z平面中心线。

焊接电压25V，电流180 A，焊接速度10 mm/s，电弧有效半径r=6mm，焊接热效率η=0.75。

在ANSYS有限元分析中，经常会涉及到对称性的构件。

ANSYS给我们提供了对称和反对称两种对称分析类型。

如果分析对象呈对称的几何形状，且所受载荷也对称的话，根据其对称性，可以只考虑采用计算模型的一半进行分析，采用对称分析可以节省计算时间，提高工作效率。

对称面每增加一个，有限元模型就相应地减少近一半［2］。

不同坡口形式平板对接焊接变形的数值分析

不同坡口形式平板对接焊接变形的数值分析作者：张仁军管晓光吴海涛来源：《哈尔滨理工大学学报》2013年第02期摘要：运用有限元分析，采用双椭球体热源模型，通过几何建模、初始与边界条件的定义等，对平板对接焊结构三维有限元模拟，求解得到焊接应力场，结果表明：焊接过程中等效应力都表现出随着温度升高而升高，温度降低而降低的变化趋势，且冷却时应力变化速率较加热时缓慢，Y型与X型坡口最大等效应力发生的区域相同，X型坡口产生的等效应力小于Y型坡口的值。

关键词：平板对接；X、Y型坡口；焊接模拟；等效应力中图分类号：TG404 文献标志码：A 文章编号：1007-2683（2013）02-0042-040、引言焊接温度、应力和应变场的分布，一直是国内外焊接研究者们极大关注的热点问题，近年来，有限元方法广泛应用于焊接热传导、焊接热弹性塑性应力和变形分析、焊接结构的断裂力学分析等领域，刘晓雪等对平板对接焊进行熔深方向的三维数值模拟，对比了打底焊和三层焊接的焊接温度场及横向变形，分析了模拟结果，得到与实际情况相符合的结论，验证数值模拟的准确性，魏艳红等通过有限元方法建立模型，计算了二维焊接凝固裂纹温度场，并研究了焊接规范参数及材料的热物理性能对温度场的影响，为进一步进行焊缝金属凝固裂纹应力应变场的分析奠定了基础，徐琳等对平板对接多道焊进行了实时三维数值模拟，得到了焊接温度场、焊后残余应力分布以及变形，并对模拟计算结果进行了定性分析，对工程实践有很好的指导意义，目前国内外，对平板对接的数值模拟较多，但至今未发现对不同坡口形式焊接等效应力的相关研究，因此，开展焊接过程焊接热应力场的数值模拟研究，为控制、调整和减少焊接等效应力提供理论依据，具有一定的学术价值和实际应用意义，本课题对X、Y型坡口的厚板对接进行焊接有限元分析，分析不同坡口形式焊接结构等效应力的影响。

1、物理模型本文研究对象为Y型及X型坡口对接接头，坡口角度60°，材料为20钢，试件的尺寸为：两块100mm×50 mm×20mm钢板。

平板对接温度场及应力应变场模拟

-1-平板对接温度场及应力-应变场模拟摘要：本文是通过使用计算机模拟技术，用ANSYS 软件模拟平板对接焊接工艺的温度场，并用间接求解的方法计算出焊接残余应力场。

作者对比了面部加载高斯热源和内部热生成这两种方法，总结两种热源的优缺点，并将两者结合起来作为一种复合热源。

复合热源的计算结果与传统的分析结果和理论相吻合。

关键词：计算机模拟；温度场；残余应力场；复合热源1 引言焊接是一个涉及到电弧物理、传热、冶金和力学的复杂过程，由于高度集中的瞬时热输入，在焊接过程中和焊后将产生相当大的残余应力(焊接残余应力)和变形(焊接残余变形、焊接收缩、焊接翘曲)，而这是影响焊接结构质量和生产率的主要问题之一，焊接变形的存在不仅影响焊接结构的制造过程，而且还影响焊接结构的使用性能。

焊接应力和变形不但可能引起热裂纹、冷裂纹、脆性断裂等工艺缺陷，而且在一定条件下将影响结构的承载能力，如强度，刚度和受压稳定性。

除此以外还将影响到结构的加工精度和尺寸稳定性。

因此，在设计和施工时充分考虑焊接应力和变形这一特点是十分重要的[1][2]。

随着大规模工业生产和高新技术的发展，焊接结构正朝着大型化、复杂化、高容量、高参数方向发展，其复杂程度越大，工作条件越苛刻，造成焊接事故也越频繁，危害性也越大，所以提高和保证焊接质量已经成为当前焊接中的关键问题。

焊接过程中局部集中的热输入，使焊件形成非常不均匀、不稳定温度场。

温度场不仅直接通过热应变，而且还间接通过显微组织变化引起相变应变决定焊接残余应力。

因此，温度场的分析是焊接应力和变形分析前提[3]。

本文就是利用大型通用的有限元软件ANSYS 对焊接温度场、应力场和变形进行了计算机的三维实时动态数值模拟，通过先计算焊接温度场，再把温度场结果作为应力和变形计算时的载荷，从而得到任何时刻、任何点的焊接应力、变形的具体计算数值，这无论是对焊接设计还是工艺都很有价值。

2 平板对接温度场模拟2.1 材料物理性能参数以及单元类型的选择由于是探讨性的模拟，所以模型假设为100mm×50mm×6mm，电弧中心沿Z 方向移动。

基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究

基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究摘要：本文通过使用ANSYS仿真软件，针对焊接过程中的温度场和应力进行了数值模拟研究。

首先，对焊接过程进行了理论分析，分析了焊接过程中的热传导、热传递和热辐射等因素对焊接温度场的影响。

然后，利用ANSYS软件对三维焊接模型进行了建模，并对焊接过程进行了数值模拟，得到了焊接过程中的温度场和应力分布。

最后，通过对模拟结果的分析和讨论，总结了焊接温度场和应力分布的特点，并提出了一些改进措施，以提高焊接过程的质量和效率。

一、引言焊接作为常用的结合工艺，广泛应用于制造业和建筑业等领域。

在焊接过程中，温度场和应力分布的研究对于保证焊接接头的质量和可靠性非常重要。

传统的试验方法需要大量的时间和成本，而且难以观察到焊接过程中的内部情况。

因此，使用数值模拟方法对焊接过程进行研究具有重要意义。

二、焊接温度场的理论分析焊接过程中的温度场受到多种因素的影响，包括热传导、热传递和热辐射等。

热传导是由于焊接电弧产生的热量在焊缝和近场区域内的传递。

热传递是由于焊接电弧产生的热量在远场区域内的传递。

热辐射是由于高温熔池表面辐射的热量在焊接过程中的传递。

在理论分析中，需要考虑这些因素对温度场的影响，并建立相应的数学模型。

三、焊接温度场的数值模拟为了研究焊接过程中的温度场，我们使用ANSYS软件对三维焊接模型进行建模，并对焊接过程进行数值模拟。

首先，我们需要确定焊接材料的物理参数和边界条件。

然后，我们建立焊接模型，并进行网格划分。

接下来，我们通过设置焊接电弧的功率和时间来模拟焊接过程。

最后，我们得到了焊接过程中的温度场分布。

四、焊接应力场的理论分析焊接过程中的应力分布受到多种因素的影响，包括热应力、冷却应力和残余应力等。

热应力是由于焊接过程中的温度差异引起的，冷却应力是由于焊接材料的收缩引起的，残余应力是由于焊接材料的变形引起的。

在理论分析中，需要考虑这些因素对应力场的影响，并建立相应的数学模型。

焊接温度场_应力场和应变场相似准则的推导及验证

出版社, 1982: 1～ 85 ·1167·
中国机械工程第 12 卷第 10 期 2001 年 10 月
文章编号: 1004- 132 (2001) 10- 1168- 05
提高故障诊断质量的几种方法
屈梁生张海军
摘要: 故障诊断包括信号采集、信号分析、特征提取、诊断决策等环节。每一环节对最终的诊断结果均有着重要影响。详细讨论了通过恰当的信号分析方法与手段来提高诊断结果的准确性和可靠性, 提出了噪声压缩、信息集成与融合、信息分解、特征趋势等几种提高诊断质量的有效途径。关键词: 故障诊断; 信号处理; 诊断质量; 振动中图分类号: TH 17 文献标识码: A
输入方式的描述。故有必要推导高斯热源的相似条件。
由文献[ 3 ], 得距热源斑点中心为 r 的点热流密度计算式为
q3 ( r) = qM3 exp (- K r2) 式中, q3 (r) 为热流密度分布; qM3 为加热斑点中心最大比热流; K 为能量集中系数。
又有
·1166·
qM3 = (K Π) q
C q = C l, C v = 1 C l, C Α = 1 C 1, C t = (C l) 2
所以焊接条件下的相似准则为
qm q = lm l = ∆ vm v = 1 ∆
(1) Αm Α= 1 ∆ tm t = ∆2 式中, 下标 m 为模拟件的参数; ∆ 为模拟件与实物几何尺寸的比例。
2. 2 高斯热源的相似条件在数值模拟中, 作为热源边界条件, 需要有热
用下标 1、2 分别表示相似的两个过程, 应有
Χ T
1
1q-1
1v
1 1
l21c11
1 1

平板对接焊缝TIG焊的温度场和应力场仿真浅析

平板对接焊缝TIG焊的温度场和应力场仿真浅析摘要：焊接是一个涉及多学科的复杂过程，随着计算机技术的发展，焊接数值模拟受到越来越广泛的关注，且越来越多的应用于实际生产过程中，利用Marc有限元软件对平板对接焊进行熔深方向的三维数值模拟并分析模拟结果，意在为焊接工艺的制定和优化提供一种指导方法。

关键词：平板对接焊；有限元仿真；温度场；应力场1引言由于焊接是一个涉及多学科的复杂过程，单纯采用理论方法，在解决生产实际问题时很难达到一定精度。

随着计算机软、硬件及有限元软件技术的发展，三维焊接过程数值模拟受到越来越广泛的关注[1]。

在以往的数值模拟计算中往往将三维问题简化为平面问题来考虑，并没有考虑电弧在熔深方向的加热作用，但事实上三维计算才能真实体现焊接的热过程。

利用有限元软件对未开坡口的平板进行模拟，并对其温度场和变形进行分析，得到与实际焊接中规律相符合的结果。

2建立有限元模型2.1焊接热源选用对于一般的电弧焊，焊接电弧的热流是分布在焊件上一定的作用面积内，可以将其作为平面分布热源。

在Marc中采用的是Goldak提出的双椭球热源模型，此模型中热流密度沿长轴呈高斯分布前半部分是1 / 4椭球，后半部分是3 / 4椭球。

2.2焊接热物理性能参数模拟试件所采用的材料为一般的钢材，由于材料的高温性能参数对焊接过程数值模拟的结果和计算过程均有较大影响，材料在足够高的温度下屈服极限和弹性模量等重要参数将失去其物理意义，但由于焊接过程的数值模拟基本上以弹塑性理论为基础，因此这些参数必须是非零值[2]。

2.3模型网格划分两块尺寸为5 0 ×5 0 ×1 0mm不开坡口的钢板进行TIG对接焊，考虑到模型具有高度对称性，为了减小计算量，加快求解速度所以取整个模型的1/4模型进行求解计算。

其中对焊接区的单元网格进行细化，远离焊接熔融区的网格较为稀疏，共划分1875个单元，2496个节点。

2.4焊接路径以及边界条件的定义试块定义焊接路径时，在熔敷金属填充的单元处建立局部坐标系，在这个局部坐标系下，其各个坐标分别与热源的ｘ、ｙ、ｚ对应，定义Ｎ点的焊接路径则是沿着局部坐标的ｚ方向从节点Ｎ指向Ｎ+ 1。

焊接温度场与应力场的数值分析

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哈尔滨工程大学硕士学位论文焊接温度场与应力场的数值分析姓名：夏培秀申请学位级别：硕士专业：固体力学指导教师：何蕴增 20050201摘要本文用有限元方法研究了温度场和热应力的分布规律。

模拟对象一是开有圆孔的无限大薄板，另一个是两张对接焊的钢板。

文中对开有圆孔的无限大薄板的研究，一是假设材料的机械性能不随温度变化的情况下，计算出了开有圆孔的无限大薄板的稳恒温度场和弹性热应力的解析解。

二是用有限元法对该薄板进行了两种情况下的计算，一种情况是假设材料的机械性能不随温度变化，另一种情况是材料的机械性能随温度变化。

最后将计算结果进行了对比，证明了有限元解的正确性，同时说明了材料的机械性能随温度变化对板中的径向热应力的影响很大。

本文在对两张钢板对接焊的焊接应力的研究中，首先建立了一种计算简化模型；其次用有限元法对钢板的焊接应力进行了计算，计算结果与文献相吻合，钢板在靠近焊缝的区域内出现了拉应力。

并从理论上分析了该结果的合理性。

焊接应力的存在，会直接影响到结构的承载能力，为了保证焊接结构的安全可靠，准确的推断焊接过程中的力学行为和焊接应力是十分重要的课题。

因此本文的研究成果对科学研究和工程设计都具有重要意义。

关键词：热传导；热应力；热应变；有限元法；对接焊钢板ＡＢＳＴＲＡＣＴＩｎｐｒｅｓｅｎｔｐａｐｅｒ，ｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，ＳＯｔｈａｔｔｗｏｔｙｐｅｓｏｆｍｏｄｅｌｓｗｏｕｌｄｂｅｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｆｉｒｓｔｍｏｄｅｌ，ａｎｉｎｆｉｎｉｔｅｓｈｅｅｔｗｉｔｈａｃｉｒｃｕｌａｒｏｐｅｎｉｎｇ；ｓｅｃｏｎｄｏｎｅ，ｔｗｏｂｕｔｔ—ｗｅｌｄｅｄｓｔｅｅｌｂｏａｒｄｓ．Ｉｎｔｈｅｓｔｕｄｙｏｆｆｏｒｍｅｒｍｏｄｅｌ，ｔｈｅａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｓｔｅａｄｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｆｉｅｌｄａｎｄｅｌａｓｔｉｃｔｈｅｒｍａｌｓｔｒｅｓｓｗｅｒｅｇｉｖｅｎｗｉｔｈｔｈｅａｓｓｕｍｐｔｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｍａｔｅｒｉａｌｄｏｎｌｔｃｈａｎｇｅｗｉｔｈｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．ＡｌｓｏＦＥＭｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｗｏｃａｓｅｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｉｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｃａｓｅｄｏｎ。