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《武汉理工大学》 2003年
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焊接应力和变形的数值模拟研究

李冬林  
【摘要】: 焊接是一个牵涉到电弧物理、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、焊接应力与变形等等。要得到一个高质量的焊接结构必须控制这些因素。一旦各种焊接现象能够实现计算机模拟,我们就可以通过计算机系统来确定焊接各种结构和材料时的最佳设计、最佳工艺方法和焊接参数。本文从这一点出发,在总结前人的工作基础上结合数值计算的方法,对焊接过程产生的温度场、应力场、变形以及焊后的残余应力和变形进行了三维实时动态模拟的研究,提出了基于ANSYS软件的焊接温度场、应力和变形的模拟分析方法,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的分析结果和理论值相吻合。 由于焊接是一个局部快速加热到高温,并随后快速冷却的过程。随着热源的移动,整个焊件的温度随时间和空间急剧变化,材料的物理性能参数也随温度剧烈变化,同时还存在熔化和相变时的潜热现象。因此,焊接温度场的分析属于典型的非线性瞬态热传导问题。因为焊接温度场分布十分不均匀,在焊接过程中和焊后将产生相当大的焊接应力和变形。焊接应力和变形的计算中既有大应变、大变形等几何非线性问题又有弹塑性变形等材料非线性问题。 虽然焊接温度场与应力应变场是双向耦合的,由于应力应变场对温度场的影响非常小,加上计算条件的限制,所以本文只考虑温度场对应力应变场的影响这一单向耦合。在模拟计算时,采用州SYS软件的热—结构耦合功能,利用间接法,先计算焊接温度场,温度场模拟准确之后保存其结果,再进行焊接应力和变形的计算。 模拟计算中一个最大的问题就是计算时间过长,分析其原因主要有三点: (1) 严重的材料和几何非线性导致求解过程收敛困难; (2) 三维模型中自由度数目庞大; (3) 因热源移动需采用多步载荷进行计算。 武汉理工大学硕士学位论文 为了解决这一问题并提高计算精度,本文对高温时材料的物理性能参数 进行了适当的选取和处理;采用过渡网格划分形式划分网格以保证焊缝处网 格足够细小;选取高斯函数分布的热源模型,利用ANSYS 软件的 APDL(ANSY Parametric Design Language)语言编写程序实现移动热源的加 载;选取适当的计算时间步长;采用“生死单元”法模拟熔池金属的熔化和 凝固。 通过研究和算例验证,本文建立了可行的三维焊接温度场、应力和变形 的动态模拟分析方法,为复杂焊接结构进行三维焊接温度场、应力和变形的 分析提供了理论依据和指导,促进了有限元分析技术在焊接力学分析以及工 程中的应用。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:TG40

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【引证文献】
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【参考文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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1 索中政;王厚华;;同一房间模型不同气流组织方式的数值模拟研究[A];2005西南地区暖通空调热能动力年会论文集[C];2005年
2 邵蔚;邓君堂;赵传领;;加热炉钢坯温度场数值模拟研究[A];2007中国钢铁年会论文集[C];2007年
3 赵新凯;孙本良;李成威;王琳;王艳;;40t钢包出钢操作的数值模拟研究[A];2007中国钢铁年会论文集[C];2007年
4 陈言桂;何天祺;;某水电站地下厂房发电机层拱顶送风温度场的数值模拟[A];2005西南地区暖通空调热能动力年会论文集[C];2005年
5 李超;沈灿铎;赵继勋;孟凡军;朱胜;;焊接工艺参数对平板堆焊焊缝区温度场影响的数值模拟研究[A];第七届全国表面工程学术会议暨第二届表面工程青年学术论坛论文集(一)[C];2008年
6 欧阳矩勤;何柏荣;胡建伟;田春松;;多井灌采系统数值模拟研究[A];第三次全国地热学术会议论文选集[C];1989年
7 缪国军;;利用WRF对兰州冬季大气边界层的数值模拟[A];平安浙江气象保障学术论坛论文集[C];2005年
8 胡祖瑞;程树森;郭喜斌;张福明;;宣钢旋流顶燃式热风炉传输现象的研究[A];第十三届(2009年)冶金反应工程学会议论文集[C];2009年
9 陈希春;杨雪峰;周德光;徐卫国;傅杰;;感应电渣离心浇铸4Cr13二次枝晶间距的数值模拟研究[A];中国特殊钢年会2005论文集[C];2005年
10 王楠;余珊;黄翠环;邹宗树;;铁浴反应器流场及温度场的数值模拟[A];第十二届冶金反应工程学术会议论文集[C];2008年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 泉州第七中学 施炜斌 指导教师 陈思鑫 杨利 普及部 供稿;基于LabVIEW的温度场测量系统研究[N];福建科技报;2008年
2 记者  葛运溥;青藏高原冻土地区修路有了技术保障[N];中国交通报;2006年
3 记者 辉军 通讯员 张若愚 崔琳;沙漠筑路成套技术最后项目通过验收[N];中国交通报;2005年
4 葛运溥;驰骋第三极 长歌雪域路[N];中国交通报;2006年
5 本报记者 矫阳 向杰;建高速公路已有技术储备[N];科技日报;2006年
6 长安大学 马骉;交通部西部交通建设科技项目验收[N];科技日报;2006年
7 上海市电力公司超高压输变电公司;红外技术诊断变压器故障[N];上海科技报;2006年
8 程超;科技创新筑高楼[N];中国经济导报;2004年
9 秦皇岛玻璃工业研究设计院 杨健 邵卿;发挥优势 研发超大型优质浮法线[N];中国建材报;2005年
10 中国电子科技集团公司第41研究所 梅东;孵化设备操作中的常见误区[N];中国畜牧兽医报;2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 周波;船舶制造相关工艺的应力与变形问题研究[D];大连理工大学;2009年
2 唐军;近岸波浪场的缓坡模型数值模拟及波流场中污染物输运的研究[D];大连理工大学;2005年
3 朴香花;大连湾海域氨氮、磷酸盐及藻类生长的数值模拟研究[D];大连理工大学;2006年
4 刘洁;天山上地幔对流与造山运动数值模拟[D];中国地震局地质研究所;2006年
5 赵云鹏;深水重力式网箱水动力特性数值模拟研究[D];大连理工大学;2007年
6 赵铮;颗粒增强铜基复合材料的爆炸压实和数值模拟研究[D];大连理工大学;2007年
7 赵治国;燃油喷雾与多孔介质的相互作用及其在内燃机中应用的数值模拟研究[D];大连理工大学;2007年
8 孙茂盛;泡沫流体冲砂洗井数值模拟研究及应用[D];中国石油大学;2007年
9 张敦福;无网格GALERKIN方法及裂纹扩展数值模拟研究[D];山东大学;2007年
10 曾刚;海表温度异常对东亚夏季风年代际变化影响的数值模拟研究[D];南京信息工程大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李冬林;焊接应力和变形的数值模拟研究[D];武汉理工大学;2003年
2 谢元峰;基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究[D];武汉理工大学;2006年
3 白国权;高海拔严寒地区隧道温度场分布规律及衬砌冻胀力数值模拟研究[D];西南交通大学;2006年
4 李静;低碳钢薄板电阻点焊温度场和应力场的数值模拟[D];燕山大学;2009年
5 吴晓光;煤自然发火实验台温度场数值模拟研究[D];西安科技大学;2005年
6 徐岩;新型煤粉燃烧器燃烧过程数值模拟研究[D];华中科技大学;2007年
7 王海龙;北京平原区地下水源热泵数值模拟研究[D];中国地质大学(北京);2009年
8 王华龙;超塑性微挤压实验系统开发与模拟研究[D];西北工业大学;2007年
9 赵金亮;地铁车站紧急通风系统的数值模拟研究[D];天津大学;2005年
10 李丽梅;埋地换热器土壤内热湿迁移与地表能源特性研究[D];天津大学;2006年
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