焊接结构应力与变形仿真分析
动车组侧梁焊接残余应力及变形作用探析
动车组侧梁焊接残余应力及变形作用探析动车组转向架由驱动和制动装置、减震装置和定位装置四部分组成，转向架上几乎所有的部件都安装在构架上。
在高速运行的情况下，构架的整体具有较大的纵向加速度，侧梁同时还受到垂向载荷和横向载荷，比横梁承受的外部载荷更大，所处工作环境更恶劣，因此侧梁的质量对构架的质量起着至关重要的作用。
构架侧梁采用箱型焊接结构，其生产质量对构架的性能和安全性有重要的影响。
为提高构架的装配质量，需要在焊接生产过程中严格控制侧梁的焊接变形。
本文针对焊接量较大的构架侧梁的焊接过程，采用Hypermesh、Visual Mesh等建立了其焊接仿真的有限元网格模型。
基于SYSWELD平台，充分考虑焊接过程中热-机械-冶金耦合，基于热弹塑性理论，同时考虑计算效率问题，使用热循环曲线实现热加载，设计了内腔焊接的两种工装装卡方案，实现了不同工装情况下的焊接变形和残余应力计算，并对相应的结果进行了分析。
1 构架侧梁焊接仿真的技术路线1.1 有限元网格模型的建立有限元法是适应使用计算机技术而发展起来的一种有效的数值方法。
在焊接领域，有限元法已经广泛地用于焊接热传导、焊接热弹塑性应力和变形分析、焊接结构的断裂力学分析等的研究。
针对构架侧梁焊接过程的仿真，首先要对侧梁的几何模型进行离散化，将侧梁几何模型简化为由有限个单元组成的离散化模型，接着对离散化模型进行数值求解。
考虑到焊接过程中各种物理现象的复杂性以及侧梁结构的复杂性，在建立网格模型时必须考虑到计算效率问题。
由于焊接是局部加热的过程，焊缝和附近区域温度梯度较大，应力分布变化明显，所以对该区域的网格进行细分，采用较小的网格尺寸，兼顾到计算效率问题，远离焊缝区域采用较大的网格尺寸。
侧梁网格模型如图1所示，一共154257个8节点实体单元。
1.2 材料模型的建立材料热物理属性在焊接过程中呈现出非线性变化，其数值准确性对模拟结果的精度有很大的影响。
本仿真模拟考虑到的动态热物理性能参数有弹性形模量、比热容、屈服强度、热导率，如图2所示，真实应力-应变曲线如图3所示。
焊接结构应力与变形仿真分析
摘 要------------------------------------------------------------------------------------------------------- I Abstract-------------------------------------------------------------------------------------------------- II 第 1 章 绪论----------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1.1 研究的背景及意义----------------------------------------------------------------------------- 1 1.2 国内外焊接变形预测方法的研究动态------------------------------------------------------ 1 1.3 论文内容安排---------------------------------------------------------------------------------- 2 第 2 章 焊接应力与变形及其仿真技术---------------------------------------------------------------- 3 2.1 焊接应力与变形的产生原因及分类--------------------------------------------------------- 3 2.2 焊接应力与变形的影响因素----------------------------------------------------------------- 4 2.3 焊接数值仿真分析技术----------------------------------------------------------------------- 4 第 3 章 SYSWELD 焊接仿真分析------------------------------------------------------------------------- 7 3.1 热源校核过程---------------------------------------------------------------------------------- 7 3.2 几何模型以及网格划分---------------------------------------------------------------------- 12 3.3 利用焊接向导进行焊接仿真计算---------------------------------------------------------- 16 第 4 章 基于“局部-整体”法的焊接仿真分析----------------------------------------------------- 25 4.1 局部模型的选择------------------------------------------------------------------------------- 25 4.2 局部模型的仿真分析------------------------------------------------------------------------- 26 4.3 转换模型的获得和验证：--------------------------------------------------------------------26 4.3 整体模型的网格划分------------------------------------------------------------------------- 34 4.4 整体装配分析----------------------------------------------------------------------------------36 结论------------------------------------------------------------------------------------------------------- 39 结束语-----------------------------------------------------------------------------------------------------40 参考文献-------------------------------------------------------------------------------------------------- 41
焊接温度场仿真和热变形、应力仿真的基本理论和仿真流程
焊接温度场仿真和热变形、应力仿真的基本理论和仿真流程1 前言焊接作为现代制造业必不可少的工艺，在材料加工领域一直占有重要地位。
焊接是一个涉及到电弧物理、传热、冶金和力学等各学科的复杂过程，其涉及到的传热过程、金属的融化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等是企业制造部门和设计人员关心的重点问题。
焊接过程中产生的焊接应力和变形，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。
这些缺陷的产生主要是焊接时不合理的热过程引起的。
由于高能量的集中的瞬时热输入，在焊接过程中和焊后将产生相当大的残余应力和变形，影响结构的加工精度和尺寸的稳定性。
因此对于焊接温度场合应力场的定量分析、预测有重要意义。
传统的焊接温度场和应力测试依赖于设计人员的经验或基于统计基础的半经验公式，但此类方法带有明显的局限性，对于新工艺无法做到前瞻性的预测，从而导致实验成本急剧增加，因此针对焊接采用数值模拟的方式体现出了巨大优势。
ANSYS作为世界知名的通用结构分析软件，提供了完整的分析功能，完备的材料本构关系，为焊接仿真提供了技术保障。
文中以ANSYS为平台，阐述了焊接温度场仿真和热变形、应力仿真的基本理论和仿真流程，为企业设计人员提供了一定的参考。
2 焊接数值模拟理论基础焊接问题中的温度场和应力变形等最终可以归结为求解微分方程组，对于该类方程求解的方式通常为两大类：解析法和数值法。
由于只有在做了大量简化假设，并且问题较为简单的情况下，才可能用解析法得到方程解，因此对于焊接问题的模拟通常采用数值方法。
在焊接分析中，常用的数值方法包括：差分法、有限元法、数值积分法、蒙特卡洛法。
差分法：差分法通过把微分方程转换为差分方程来进行求解。
对于规则的几何特性和均匀的材料特性问题，编程简单，收敛性好。
但该方法往往仅局限于规则的差分网格（正方形、矩形、三角形等），同时差分法只考虑节点的作用，而不考虑节点间单元的贡献，常常用来进行焊接热传导、氢扩散等问题的研究。
SolidWorks焊接模拟与分析的步骤与方法
SolidWorks焊接模拟与分析的步骤与方法SolidWorks是一种广泛应用于机械设计和工程领域的三维建模软件。
其中一个重要的功能是焊接模拟与分析。
通过使用SolidWorks进行焊接模拟与分析，可以帮助工程师更好地了解焊接结构的强度、刚度和变形等方面的影响，从而优化设计并确保工程的可靠性。
在本篇文章中，我将详细介绍SolidWorks进行焊接模拟与分析的步骤与方法。
第一步是建立焊接模型。
在SolidWorks中，我们可以通过使用三维建模工具创建焊接模型。
首先，根据设计要求绘制焊接部件的外形轮廓。
然后，使用SolidWorks的体素工具将轮廓体素化。
接下来，使用焊接特征工具在模型中添加焊接接头。
我们可以选择不同类型的焊接接头，例如角焊接、对接焊接和角接焊等。
在添加焊接接头时，我们需要指定焊缝的尺寸和焊接参数，以便后续分析。
第二步是设置材料属性。
在进行焊接模拟与分析之前，我们需要为焊接模型设置材料属性。
SolidWorks提供了广泛的材料库，包括金属和非金属材料。
在选择材料时，我们应该根据实际情况选择与焊接材料相匹配的材料。
通过指定材料的弹性模量、泊松比和屈服强度等参数，我们可以更准确地预测焊接结构的性能。
第三步是应用边界条件。
在焊接模拟与分析中，我们需要定义边界条件来模拟焊接结构在实际工作环境中的受力情况。
边界条件包括固定约束、载荷约束和温度约束。
例如，我们可以将焊接模型的一侧固定住，以模拟焊接结构的支撑情况。
我们还可以施加力、压力或扭矩等载荷，以模拟焊接结构在工作过程中受到的力学载荷。
此外，我们还可以设置温度边界条件，以模拟焊接过程中的温度变化对焊接结构的影响。
第四步是进行焊接分析。
通过SolidWorks提供的焊接分析工具，我们可以对焊接结构进行静态分析、疲劳分析和变形分析等。
在静态分析中，我们可以评估焊接结构在静态荷载下的强度和刚度。
在疲劳分析中，我们可以预测焊接结构在循环荷载下的疲劳寿命。
机械变形与应力分析的仿真与验证
机械变形与应力分析的仿真与验证在现代工程学中，机械变形与应力分析是非常重要的研究领域。
通过对材料的力学行为进行模拟与仿真，可以预测和评估结构在负载下的变形和应力分布。
这对设计和优化工程结构具有极大的意义。
本文将介绍机械变形与应力分析的仿真方法，并讨论如何进行验证，以确保模拟结果的准确性。
1. 引言机械变形与应力分析是力学和工程学的重要分支。
它的目的是通过数学模型和计算机仿真，了解材料受力后的变形和应力状态。
这对于预测结构的性能和安全性至关重要。
2. 仿真方法机械变形与应力分析的仿真方法有多种。
其中常用的包括有限元法（Finite Element Method，FEM）和计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）等。
有限元法能够将复杂的结构离散化成简单的子元，在每个子元上建立方程，并通过求解这些方程来得到结构的变形和应力分布。
CFD则主要用于流体力学问题的仿真，可以预测气体和液体在流动过程中的变形和应力状态。
3. 材料力学特性建模在进行机械变形与应力分析的仿真前，必须准确地建立材料的力学特性模型。
材料的弹性模量、屈服强度、断裂韧性等参数对于仿真结果的准确性至关重要。
通常使用实验数据来确定材料模型的参数，并进行合理的拟合和修正。
4. 仿真结果的验证进行仿真后，必须对结果进行验证来确认模拟的准确性。
这通常可以通过实验来实现。
将仿真模型制作成物理模型，在相同的负载条件下测量变形和应力，并将实验结果与仿真结果进行比较。
若两者相符合，则可以确认仿真结果的准确性。
5. 假设和边界条件在进行机械变形与应力分析的仿真时，必须要设置合理的假设和边界条件。
假设是为了简化问题，使得仿真计算得以进行。
而边界条件则决定了仿真模型所受的外部负载。
合理的假设和边界条件可以帮助得到更接近实际情况的仿真结果。
6. 仿真与优化设计机械变形与应力分析的仿真方法可以作为优化设计的有力工具。
通过对结构进行仿真，可以评估不同设计方案的性能，从而做出合理的选择。
铝合金焊接件的结构应力与变形有限元分析
世界有色金属 2021年 7月上10冶金冶炼M etallurgical smelting铝合金焊接件的结构应力与变形有限元分析王 亮（甘肃能源化工职业学院，甘肃 兰州 ７３０２０７）摘 要：为了掌握铝合金焊接件在不同结构应力下的变形，开展了铝合金焊接件的结构应力与变形有限元分析研究，引进网格过渡法，构建有限元分析模型，采用差值计算的方式，选择集成的六面体单元作为有限元分析模型的边界结构。
并模拟铝合金焊接件的结构应力，分析铝合金焊接件最大等效力与结构应力的关系，以此为依据，计算不同结构应力下的变形位移结果。
同时，通过实例验证的方式，证明提出的有限元分析方法在不同结构应力下得出的变形位移结果是不同的。
关键词：铝合金焊接件；结构应力；变形；有限元分析中图分类号：ＴＧ４５４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２１）１３－００１０－２Finite element analysis of structural stress and deformation of aluminum alloy weldmentWANG Liang（Ｇａｎｓｕ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌａｎｚｈｏｕ ７３０２０７，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｍａｓｔｅｒ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｗｅｌｄｍｅｎｔｓ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔｒｅｓｓｅｓ， ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｗｅｌｄｍｅｎｔｓ ｉｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ． Ｔｈｅ ｍｅｓｈ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｏ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌ． Ｔｈｅ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｈｅｘａｈｅｄｒａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ ｉｓ ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｓ ｔｈｅ ｂｏｕｎｄａｒｙ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｏｄｅｌ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ． Ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｗｅｌｄｍｅｎｔ ｉｓ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｗｅｌｄｍｅｎｔ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ａｔ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｔｉｍｅ， ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｗａｙ ｏｆ ｅｘａｍｐｌｅ ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ， ｉｔ ｉｓ ｐｒｏｖｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｍｅｔｈｏｄ ａｒｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｕｎｄｅｒ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔｒｅｓｓｅｓ．Keywords: ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｌｌｏｙ ｗｅｌｄｍｅｎｔ； Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔｒｅｓｓ； Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ； ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ铝及铝合金材料在工业生产中具有优良的导电导热性能和较强的耐腐蚀性等优势，在我国工业市场内铝合金制品已实现了广泛应用。
焊接结构的热应力与变形分析
热应力：在焊接过程中，焊件内部温度有差异引起的应力。
焊接应力的产生原因可分为:热应力、组织应力、收缩应力等几类。
焊接应力是产生热裂纹和冷裂纹（包括层状撕裂）的重要原因之一。
防止和消除焊接应力的措施：①焊前预热；②采取合理的焊序和方向；③较小的焊接线能量；④锤击或碾压焊缝；⑤采用反变形法焊接应力一、焊接残余应力的分类1．根据应力性质划分：拉应力、压应力2．根据引起应力的原因划分：热应力、组织应力、拘束应力3．根据应力作用方向划分：纵向应力、横向应力、厚度方向应力4．根据应力在焊接结构中的存在情况划分：单向应力、两向应力、三向应力5．根据内应力的发生和分布范围划分：第一类应力、第二类应力、第三类应力二、焊接残余应力的分布规律1．纵向应力бx的分布бx在焊件横截面上的分布规律为：焊缝及其附近区域为残余拉应力，一般可达材料的屈服强度，随着离焊缝距离的增加，拉应力急剧下降并转为压应力。
a)T形接头的бx分布与立板和水平板尺寸有很大关系，δ/h越小，接近于板边堆焊的情况；δ/h越大，接近于等宽板对接的情况。
2．横向应力бy的分布бy =бy′+бy″бy′：焊缝及其塑性变形区的纵向收缩引起的横向应力；бy″：焊缝及其塑性变形区的横向收缩不均匀、不同时引起的横向应力。
3．特殊情况下的焊接残余应力①厚板中的焊接残余应力②拘束状态下焊接残余应力③封闭焊缝中的残余应力④焊接梁柱中的残余应力⑤焊接管道中的残余应力三、焊接残余应力对焊接结构的影响1．对结构强度的影响只要材料具有足够的塑性，焊接残余应力的存在并不影响结构的静载强度。
对脆性材料制造的焊接结构，由于材料不能进行塑性变形，随着外力的增加，构件不可能产生应力均匀化，所以在加载过程中应力峰值不断增加。
当应力峰值达到材料的强度极限时，局部发生破坏，而最后导致构件整体破坏。
所以焊接残余应力对脆性材料的静载强度有较大的影响。
2．对构件加工尺寸精度的影响。
3．对梁柱结构稳定性的影响。
基于有限元法的建筑钢结构焊接应力与变形预测及控制研究3篇
基于有限元法的建筑钢结构焊接应力与变形预测及控制研究3篇基于有限元法的建筑钢结构焊接应力与变形预测及控制研究1建筑钢结构是建筑工程常见的重要结构类型之一，由于其强度高、刚度好、耐久性能强等特点，被广泛应用于高层建筑、桥梁、地铁、石油化工等领域。
然而，在采用钢结构进行建设时，必须充分考虑结构的稳定性、可靠性和安全性，防止结构在使用过程中产生过大的应力和变形，导致结构失稳或出现安全事故。
因此，钢结构的应力与变形预测及控制是建筑工程设计与施工过程中必须重视的问题。
为了准确地预测建筑钢结构的应力与变形情况，有限元法是一种常用的数值计算方法，其主要基于计算机模拟与离散化数学方法，利用三维有限元模型对钢结构各个组成部分进行离散化，建立相应的数学模型，并通过数值计算方法，求解钢结构的应力和变形情况。
由于有限元法具有计算精度高、适用范围广、计算效率高等优点，因此在建筑钢结构的应力与变形预测与控制研究中得到了广泛应用。
在建筑钢结构的应力与变形预测与控制研究中，焊接是一个不可忽视的问题。
焊接是钢结构中常用的连接方式，在钢结构的设计和制造过程中起着至关重要的作用。
然而，焊接过程中也会产生应力和变形问题，特别是在较大规模的焊接过程中，焊缝会受到热应力和冷却应力的作用，导致整个结构产生变形和质量问题。
因此，建筑钢结构的焊接应力和变形预测和控制研究是非常重要的，在钢结构的设计和制造过程中需要特别注意。
基于有限元法的建筑钢结构焊接应力与变形预测及控制研究，主要通过建立钢结构的有限元模型，模拟焊接过程中的热应力、冷却应力以及外部荷载条件，对焊接结构的应力和变形情况进行预测和控制。
该方法可以通过计算机模拟和数值计算方法，准确地预测钢结构焊接后的应力和变形情况，并通过合理的控制方法，有效地避免焊接过程中的质量问题和安全事故，确保钢结构的整体稳定性和安全性。
在钢结构的应力与变形预测及控制过程中，应注意考虑结构的材料特性、几何形状、载荷情况等因素，采用科学合理的有限元模型和边界条件，对焊接部位进行精细化建模和分析，以提高焊接结构的预测精度和控制效果。
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。
第1章 焊接结构中的应力与变形
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s
图1-3续 均匀加热的杆件的应力和变形
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焊接结构与生产
低碳钢杆件的应力与变形的总结：
构件均匀加热时，如在升温过程中产生塑性变形，那么在自 由冷却时，此变形将保留下来，形成残余变形。 完全约束的杆件，在不高的温度(低碳钢加热到约100℃)时 即产生压缩塑性变形，该变形在自由冷却后将被保留下来。 如果在冷却时受约束，则必然会产生拉应变和拉应力。
b. ε＞εs（加热温度较高）
板条“c”区中将产生压缩塑性变形。在冷 却到原始温度后，应力和变形就不能消失。 如果允许其自由收缩，板条“c”区的长度 将比原来短，其缩短量等于加热时所产生 的压缩塑性变形量。此时板条端面就成了 一个中心凹的曲面。
加热
实际上板条是一个整体，“c”区的收缩受 到两侧金属的限制，截面保持为平面，因 此出现新的变形和应力。
sh
加热
（-） （-） （+）
冷却
19
焊接结 (
0 0
B B 0 0
B
B
e
T )dx E [
0
B e
B
e
f ( x)]dx 0
（2） 非对称加热（一侧加热） M x dx E (
（3）根据应力 形成原因
均匀加热引起的应力★ 1.温度应力：由于焊件不 属组织转变时体积变化 受阻 2.相变应力：由于接头金
4
焊接结构与生产
（1）温度应力（热应力）---补充
温度应力是由于构件受热不匀引起的。 如果只让框架的中心杆件受热，而两侧杆件 的温度保持不变，则框架为不均匀加热系统。 此时，中心杆件由于温度上升而伸长，但是 加 这种伸长的趋势受到两侧杆件的阻碍，不能 热 自由进行。因此中心杆件就受到压缩，产生 时 压应力。 两侧杆件在阻碍中心杆件膨胀伸长的同时 受到中心杆件的反作用而产生拉应力。这种 应力由于不均匀温度造成的，所以称为温度 应力或热应力，用ζ T表示。 如果温度应力不高(ζT＜ζs)，框架里不 产生塑性变形，当框架的温度均匀化以后,热 应力随之消失。
焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析
焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析1.1 焊接变形与焊接应力焊接时，加热和冷却循环总会导致一定程度的变形，焊接变形对尺寸稳定性以及结构力学性能都有很大的影响，控制焊接变形在焊接加工中是一个关键的任务。
在钢结构焊接中，焊接工艺会使构件温度场产生不均匀变化，从而在构件中产生复杂的残余应力分布。
残余应力是一种自相平衡的力系，当构件承受荷载时，如受拉、受压等，荷载引起的应力将与截面残余应力相叠加，从而使构件某些部位提前达到屈服强度，并发生塑性变形，故会严重降低构件的刚度和稳定性以及结构疲劳强度。
对构件进行焊接，在焊件上产生局部高温的不均匀温度场，焊接中心处温度可达1600℃，高温区的钢材会发生较大程度的膨胀伸长，但受到相邻钢材的约束，从而在焊件引起较高的温度应力，并在焊接过程中，随时间和温度而不断变化，称其为焊接应力。
焊接应力较高的部位，甚至将达到钢材的屈服强度而发生塑性变形，因而钢材冷却后将有残存于焊件的应力，称为焊接残余应力。
并且在冷却过程中，钢材由于不能自由收缩，而受到拉伸，于是焊件中出现了一个与焊件加热方向大致相反的应力场。
1.2 Ansys有限元焊接分析为通过对焊接过程的三维有限元模拟分析以及焊接后构件变形及残余应力分布分析，为评估焊接对焊件的影响提供更加合理、有效、可靠的分析数据，并为焊接工艺提供一定的指导，为采用的焊接过程提供一定的分析依据，采用大型有限元计算软件Ansys作为分析工具对焊接过程与焊件的变形与残余应力进行了分析。
ANSYS有2种方式来考虑热分析与力学分析之间的耦合,即直接耦合和间接耦合。
间接耦合法的处理思路为先进行温度场的模拟,然后将求出的结点温度作为体载荷施加在结构中,计算焊接残余应力与变形。
即：(1)使用热分析的手段进行热分析，根据需要可采用瞬态分析与稳态分析模型，此处为瞬态分析。
(2)重新进入前处理中,将热分析单元转换为相应的结构分析单元，设置结构分析中材料属性,如弹性模量、泊松比、热膨胀系数等。
焊接应力分析与接头结构设计
焊接应力分析与接头结构设计引言：焊接是一种常见的金属连接工艺，广泛应用于航空、汽车、建筑等领域。
然而，焊接过程中产生的应力问题一直是焊接工程师们关注的焦点。
本文将探讨焊接应力的分析方法以及接头结构设计的原则，旨在帮助读者更好地理解焊接应力问题并提供一些建议。
一、焊接应力分析方法1. 热应力分析焊接过程中，焊缝区域受到高温热源的加热，导致局部金属膨胀，而周围冷却的金属受到约束，无法自由膨胀，从而产生热应力。
热应力分析是通过数值模拟或实验方法，计算焊接过程中的温度场和应力场变化，以评估焊接接头的稳定性。
2. 冷却应力分析焊接完成后，焊缝区域会经历冷却过程，由于不同金属的线膨胀系数不同，冷却过程中产生的温度梯度会引起冷却应力。
冷却应力分析可以通过有限元方法来模拟，以确定焊接接头在冷却过程中是否会出现应力集中区域。
3. 应力分布分析焊接接头的应力分布是影响接头性能的重要因素。
通过数值计算或实验测试，可以获得焊接接头的应力分布情况。
在设计接头结构时，需要根据应力分布情况进行合理的布局和加强措施，以确保接头的强度和稳定性。
二、接头结构设计原则1. 减小焊接应力集中焊接接头的应力集中区域容易导致接头的断裂和变形。
为了减小焊接应力集中，可以采用以下措施：- 使用圆角焊缝，避免尖角焊缝的应力集中；- 增加焊缝长度，分散应力集中；- 采用多层焊接，减小每层焊缝的应力。
2. 合理选择焊接材料焊接材料的选择对焊接接头的性能有重要影响。
应根据焊接接头所需的强度、韧性、耐腐蚀性等要求，选择合适的焊接材料。
同时，要注意焊接材料与基材的匹配性，以避免因材料不匹配而引起的应力问题。
3. 优化焊接工艺参数焊接工艺参数的选择对焊接接头的质量和应力分布有重要影响。
合理选择焊接电流、电压、焊接速度等参数，可以控制焊接过程中的温度变化，减小应力的产生。
同时，要注意焊接变形的控制，避免因变形引起的应力集中。
4. 加强接头支撑接头的支撑结构对焊接接头的稳定性和强度有重要影响。
搅拌摩擦焊焊接工装的形变与应力分析
搅拌摩擦焊焊接工装的形变与应力分析搅拌摩擦焊作为一种高效、节能、环保的焊接技术，在航空航天、汽车制造、轨道交通等领域得到了广泛应用。
在搅拌摩擦焊过程中，工装的设计和制造对焊接质量起着至关重要的作用。
本文将对搅拌摩擦焊焊接工装的形变与应力进行分析，以期为工装设计提供参考。
一、形变分析在搅拌摩擦焊过程中，工装会受到较大的热应力和机械应力，从而发生形变。
首先，工装内部会受到高温的焊接热源作用，导致工装的局部变形。
其次，在搅拌摩擦焊过程中，摩擦热源和机械力的作用下，工装受到来自焊接件的挤压力，使其产生弯曲和变形。
最后，在冷却过程中，由于工装和焊接件的不同线性膨胀系数，也会导致工装的形变。
为了减小工装的形变，可以采取以下措施：首先，合理设计工装结构，保证其刚度和稳定性；其次，选用高强度、高温抗变形的材料制作工装；最后，控制焊接温度和时间，减小热应力的作用。
二、应力分析在搅拌摩擦焊过程中，工装会承受各向异性热应力、残余应力等多种应力形式。
首先，由于焊接过程中工装受到的温度梯度较大，导致工装产生各向异性热应力，使其局部应力集中。
其次，摩擦力和挤压力作用下，工装会受到机械应力的影响，引起应力集中和应力过大。
为了减小工装的应力，可以采取以下措施：首先，适当增加工装的强度和刚度，提高其承载能力；其次，合理设计工装结构，降低应力集中的程度；最后，在搅拌摩擦焊过程中加强监控和控制，及时调整焊接参数，减小应力的产生。
综上所述，搅拌摩擦焊焊接工装的形变与应力分析对于确保焊接质量和提高生产效率具有重要意义。
通过合理设计工装结构、选用适当材料和控制焊接参数，可以有效减小工装的形变和应力，提高焊接工艺的稳定性和可靠性。
期望本文的分析能够为搅拌摩擦焊工装设计和应用提供一定的参考价值。
管道装配焊接变形与应力分析
管道装配焊接变形与应力分析管道装配焊接是一项重要的工艺，在建筑、能源、石化等行业中得到广泛应用。
然而，焊接过程中的变形和应力问题常常困扰着焊接工程师和技术人员。
本文将探讨管道装配焊接的变形与应力问题，并提出一些解决方案。
首先，我们来讨论管道装配焊接过程中的变形问题。
焊接过程中，由于高温引起的热膨胀和冷却收缩会导致管道发生变形。
这种变形主要表现在两个方面：纵向变形和横向变形。
纵向变形是指管道在焊接过程中沿管道轴向方向发生的变形。
主要原因是焊缝的热量会导致焊接区域的热膨胀，从而使管道产生纵向变形。
为了减少纵向变形，可以采取以下措施：首先，在焊接过程中，对管道进行适当的加热和预热，以减小焊接区域的温度梯度；其次，可以使用焊接变形补偿装置，如夹具、支架等，来抵消管道的变形。
横向变形是指管道在焊接过程中在管道横截面方向上发生的变形。
这种变形主要是由于焊接热量引起的冷却收缩不均匀所造成的。
为了减少横向变形，可以采取以下措施：首先，在焊接前可以对管道进行适当的预变形处理，使其在焊接后能够恢复到正常状态；其次，可以使用内支撑物或内衬等方法来减小焊接区域的压缩变形。
除了变形问题，管道装配焊接还会产生应力问题。
焊接过程中的应力主要分为两种：残余应力和热应力。
残余应力是指焊接完成后，管道内部和外部的应力状态。
由于焊接过程中的温度变化和热膨胀，焊接接头处会产生应力集中，从而导致残余应力的产生。
这些残余应力如果得不到合理的处理，会对管道的强度和稳定性造成影响。
因此，我们需要对管道进行适当的应力释放处理，例如进行热处理或机械补偿等。
热应力是指焊接过程中的应力变化。
焊接时，由于焊接区域的温度急剧升高和冷却速度快，会导致焊接接头附近的材料发生塑性变形，从而产生应力。
为了减少热应力的产生，可以采取以下措施：控制焊接过程中的温度，避免过高的焊接温度和过长的焊接时间；采用合适的焊接方法和焊接参数，以减小焊接区域的热输入。
在实际的焊接工程中，理论知识的运用往往是不够的。
焊接应力与变形ppt课件
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四、减小焊接残余应力的措施
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3. 厚板焊接接头中的残余应力分布 + 厚板（大于20mm）焊接接头中存在三维的残余应力。
厚板焊接接头中的残余应力分布
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4.在拘束状态下焊接的残余应力 由于焊接时的焊缝收缩会受到拘束力的制约，产生相
应的内应力，将和自由状态下焊接相似的横向（纵向） 应力叠加。
在拘束状态下焊接的残余应力
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5.在封闭焊缝中残余应力的分布：
工字梁的扭曲变形 23
焊接残余变形
24
焊接残余变形
1. 设计措施 + （1）合理地选择焊缝
的尺寸和形状（如图） + 在保证结构承载力的
情况下,尽可能采用较小 的焊缝尺寸, 减少热输 入对材料性能的影响, 并降低成本。
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焊接残余变形
（2）合理选择焊缝长度和 数量
只要允许，多采用型材、 冲压件；焊缝多且密集处，可 以采用铸—焊联合结构，就可 以减少焊缝数量。此外，适当 增加壁板厚度，以减少肋板数 量，或者采用压型结构代替肋 板结构，都对防止薄板结构的 变形有利。
+ 3.残余应力对机械加工精度的影响
机械加工后，原内应力的平衡打破，工件 将产生变形。
机械加工引起内应力释放和变形
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+ 4.残余应力对受压杆件的影响
波浪变形是构件由于内应力产生构件局部失稳造 成。 当杆件的长细比λ（大于150),失稳临界应力本来 就低,或内应力较低时,外载应力与残余应力之和在 失稳之前未达到屈服极限,残余应力对稳定性不会 产生影响。
钢结构的焊接变形与应力分析—
钢结构的焊接变形与应力分析摘要最近几年来，随着我国的工业发展，钢结构工程因其结构性能好、结构组织均匀、强度高、弹性模量高、塑性和韧性好，适于经受冲击和地震荷载、要求施工速度快、节能环保、便于机械化生产和工业化程度高等很多优越条件，因此钢结构工程在建筑领域被普遍应用。
本课题主要对H型钢焊接变形与应力进行研究，主要内容包括H型钢结构概述、H型钢结构焊接工艺、H型钢结构焊接应力与变形分析、典型H型钢结构焊接生产工艺等，本文通过研究分析H钢结构焊接应力与变形的类型及原因，以指导钢结构的生产及应用。
关键词：钢结构，焊接变形，应力，强度ISTEEL STRUCTURE WELDING DEFORMATIONAND STRESS ANALYSIABSTRACTIn recent years, along with China's industrial development, steel structure engineering because of its structure performance is good, structural organization uniformity, high strength, high modulus of elasticity, plasticity and toughness, suitable for bear impact and the seismic load, construction speed and facilitate the mechanization of manufacturing and higher degree industrialization superior conditions, so many steel structure engineering in architecture has been widely used. But, can't deny, steel structure still exist defects and hidden trouble. Steel structure welding process is the welding deformation and the welding stress wait for blemish. Steel structure welding process is actually in welding after heating and cooling local area, but due to the solidification process of non-uniform temperature field, causing welding uneven expansion and contraction, thereby internally generated welding welding stress and cause the welding deformation. This paper mainly analyzes IIthe steel structure types and reasons of the welding deformation and stress elimination.KEY WORDS: steel structure，The welding deformation，Stress，StrengthIII目录中文摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)目录 (Ⅲ)前言 (5)IV前言钢结构的发展有悠长的历史。
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I
Abstract
Or the object on external factors such as the role of the temperature, the shape and dimensions will change. Distortion generated during the welding process is called welding deformation. Inside the object exists in the external force or object deformation caused by factors for his resistance generated, called force. Force on the section object unit is called stress. Welding deformation directly affect manufacturing quality welding products and service life. Therefore, the welding stress and deformation studies are urgently needed projects an important research topic. Research welding stress and deformation of complex structures must be a better solution to two problems, one must ensure that the results are accurate enough, the other side is to save costs and computation time. SYSWORLD software aspects of welding stress and deformation simulation study has great advantages, this paper is the use of the model simulation software SYSWORLD welding, and then come to the result of deformation and the law, and thus to provide a real production basis for guiding the operation. Keywords: Welding stress；welding deformation；SYSWELD software simulation analysis
焊接结构应力与变形仿真分析
第1章
绪论
1.3 论文内容安排 针对以上的问题，本文利用有限元软件 SYSWELD 进行焊接应力的变形的仿真分析。 先根据实物模型的特点建立局部模型，然后参考实际情况模拟出局部模型的塑形应变，利用 SYSWELD 软件分析焊接应力与变形的规律，为实际生产提供指导依据和理论依据。 本文由四章构成，各章内容如下： 第一章绪论。介绍研究背景和意义，概述国内外焊接变形的研究和进展，确定本文的研 究方向和内容。 第二章焊接应力与变形。介绍焊接应力的产生，分类等相关信息。 第三章 SYSWELD 焊接的仿真。 详细的描述利用 SYSWELD 软件进行的仿真分析过程， 包括焊接向导，热源校核，网格划分等。 第四章焊接装配分析。通过局部模型和转移模型的相关操作得出整体装配模型的变形与 应力情况。 第五章后处理结果观察。 利用 SYSWELD 的后处理观察功能观察后处理结果， 分析焊接 应力与变形。 第六章分析结论。通过分析后处理的应力和变形显示图分析结论。
II
焊接结构应力与变形仿真分析
第1章
绪论
第1章
1.1 研究的背景及意义
绪论
就工程建设而言， 焊接结束已经成为最重要的工艺之一。 近年来， 随着我国货运、 客运、 城市地铁等需求量的不断增加， 列车的不断提速， 铁路机车车辆制造行业处于快速增长阶段。 焊接在机车许多部件生产中占有较大的比重，特别是机车转向架构架产品。这些产品对质量 的要求很高，实际生产中由于焊接过程中非均匀的热膨胀和收缩使得被焊工件在焊后会产生 应变和变形，这将直接影响焊接产品的制造质量和使用寿命。焊接变形的产生是一个比较复 杂的热弹塑性过程，影响因素很多，规律比较难以掌握。因此在焊接结构制造领域，很多情 况下往往还是凭借自身的经验，但是对那些大型焊接结构部件在焊接过程中产生的应力和发 生的变形很难凭借经验了解规律。在将部件整合时，人们花费大量的时间校正焊接变形和去 除残余应力。这些额外的工作浪费了大量的人力物力，对整个生产的经济效果和建造进度产 生了严重的影响。 如果我们能够掌握其中的规律 ， 就可以从获得最合适的结构以及生产方案。 1.2 国内外焊接变形预测方法的研究动态 近代焊接技术， 是从 1882 年出现碳弧焊开始， 直到 20 世纪 30 年代， 在生产上还只是采 用气焊和手工电弧焊等简单的焊接方法。随着计算机技术的不断发展，人们开始采用数值模 拟对焊接变形和应力进行预测和控制选择，使焊接技术达到了一个新的水平。其中最具代表 性的是焊接固有应变法，它对预测焊接变形的研究和工程应用以及工艺参数已成为了目前国 内外发展的重要方向。另一种方法是焊接热弹塑性有限元预测焊接应力与变形的方法，该方 法通过跟踪记录整个焊接过程，能够得到整个焊接过程中的瞬态应力应变和焊后的残余应力 与变形。不过该方法在预测大型复杂结构的焊接变形方面就显得很无力。 解析法是直接应用现有的数学理论和定律去推导和演绎数学方程，通过模型得到用函 数形式表示的解，即解析解。解析法的物理概念以及逻辑推理非常清楚，同时得到的解析解 能够清楚的表示出各种因素的影响。但是解析法的应用范围很小，利用解析法求解那些用以 描述复杂系统的高阶,非线性 ,时变的微分方程时就会发现很无力。 上世纪 30 年代早期雷卡林 等科学家利用解析法研究焊接热过程，做了许多研究并形成系统理论。他们的研究一般假定 热源瞬时集中于一点 ， 一线或一面， 同时假设材料不固体不会随温度的变化发生相变， 而且 温度的改变不会引起材料的热物理性能的改变，焊件尺寸没有限制等。可以看出，这些假设 条件与实际焊接中的情况有很大的出入，将会使得距离热源较近部位的温度发生比较大的偏 差。上世纪 60 年代和 70 年代有限差分法和有限元法相继被引入用以对焊接问题进行分析， 同时随着计算机技术的不断发展，两种方法开始广泛的应用在焊接研究中。
摘 要
物体在外力或者温度等因素的作用下，其形状和尺寸将会发生变化。焊接过程中产生的 变形称之为焊接变形。存在于物体内部的，对外力作用或者替他因素引起物体变形所产生的 抵抗力，叫做内力。物体单位截面上的内力即称为应力。焊接变形直接影响到焊接产品的制 造质量和使用寿命。 因此， 焊接的应力与变形的研究是工程中迫切需要进行的重要研究课题。 研究复杂结构的焊接应力变形必须要较好的解决两个方面的问题，一个是必须保证结果具有 足够的精度，另一个方面则是要节约成本和计算时间。SYSWORLD 软件在焊接应力与变形方面 的模拟研究有很大的优势，本文主要是利用 SYSWORLD 软件对模型的模拟焊接，进而得出变 形的结果和规律，从而给现实的生产运作提供一定的指导依据。 关键词: 焊接应力；焊接变形；SYSWELD 软件模拟分析
目录
摘 要------------------------------------------------------------------------------------------------------- I Abstract-------------------------------------------------------------------------------------------------- II 第 1 章 绪论----------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1.1 研究的背景及意义----------------------------------------------------------------------------- 1 1.2 国内外焊接变形预测方法的研究动态------------------------------------------------------ 1 1.3 论文内容安排---------------------------------------------------------------------------------- 2 第 2 章 焊接应力与变形及其仿真技术---------------------------------------------------------------- 3 2.1 焊接应力与变形的产生原因及分类--------------------------------------------------------- 3 2.2 焊接应力与变形的影响因素----------------------------------------------------------------- 4 2.3 焊接数值仿真分析技术----------------------------------------------------------------------- 4 第 3 章 SYSWELD 焊接仿真分析------------------------------------------------------------------------- 7 3.1 热源校核过程---------------------------------------------------------------------------------- 7 3.2 几何模型以及网格划分---------------------------------------------------------------------- 12 3.3 利用焊接向导进行焊接仿真计算---------------------------------------------------------- 16 第 4 章 基于“局部-整体”法的焊接仿真分析----------------------------------------------------- 25 4.1 局部模型的选择------------------------------------------------------------------------------- 25 4.2 局部模型的仿真分析------------------------------------------------------------------------- 26 4.3 转换模型的获得和验证：--------------------------------------------------------------------26 4.3 整体模型的网格划分------------------------------------------------------------------------- 34 4.4 整体装配分析----------------------------------------------------------------------------------36 结论------------------------------------------------------------------------------------------------------- 39 结束语-----------------------------------------------------------------------------------------------------40 参考文献-------------------------------------------------------------------------------------------------- 41