T形接头焊接残余应力与变形的有限元研究

【摘要】： T型焊接接头在船舶及桥梁工业中广泛应用。然而,众所周知焊接接头中的应力集中将会缩短工件的使用寿命,并造成焊接结构的尺寸不稳定性。焊接过程的局部加热以及其后的快速冷却会在T型接头的焊趾处产生拉伸残余应力。另外,焊接过程的热应力所引起的结构变形也会影响焊接结构的抗弯强度。有限元方法提供了一种获得焊接过程中由于热输入所造成的残余应力及变形的途径。本文利用商业有限元软件对焊接过程进行建模,并建立了一个三维物理模型。 本文利用MSC.Marc软件进行热弹塑性有限元模拟,对T型接头焊接过程开展瞬态非线性热分析及热力耦合分析,评价了其残余应力及变形情况。 本文建立了焊接模拟体系研究瞬态焊接过程的温度场分布。该体系中考虑了3mm AISI不锈钢板TIG焊的焊接工艺(单道焊),并研究了通过预热的方式来减小残余应力的可能性。 本文还对凹形T型接头进行了建模,并将其模拟结果与平形的T型接头进行了对比,从而判断哪种接头形式更适用于下一步进行的疲劳分析工作。 此外,本文使用了单元生死技术实现T型接头焊接过程的焊缝金属填充。焊接速度对熔池形状的影响也在本文中进行了讨论。