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锤击消除焊接应力的数值模拟

作　者: 刘兴龙
导　师: 曲仕尧
学　校: 山东大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 锤击处理 数值模拟 有限元 焊接温度场 焊接应力场
分类号: TG441.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 310次
引　用: 8次
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内容摘要


锤击处理是一种非常有效的消除焊接残余应力的方法,具有独特的优越性,在实际工程中应用比较广泛。然而,其研究还远远不能满足实际应用的需要。本文采用数值模拟技术,在大型商业通用有限元分析软件ANSYS基础上,对锤击消除焊接残余应力进行了初步研究。 本文基于热弹塑性理论对焊接应力应变场进行了模拟分析,在接触理论的基础上,采用接触单元技术建立冲击一接触问题的有限元模型,计算分析冲击接触的力学行为与锤击消应力效果。最后,利用APDL语言编制了具有一定通用性的参数化模拟分析程序,通过改变模拟参数可以模拟分析不同条件下的焊接与锤击处理。 建立了平板堆焊焊接过程的三维有限元模型,采用间接耦合法计算分析热-力耦合效应。采用高斯分布的表面热源模拟焊接电弧,通过在实体单元表面施加热流密度实现焊接热源的移动加载。模型中考虑了随温度变化的材料热物理性能参数,并对材料的高温热物理性能参数进行了适当的选取和调整。采用非均匀网格划分,焊缝及附近区域的网格划分细密,远离焊缝区域网格划分稀疏。 针对焊接热-结构计算分析的高度非线性,采取了一系列措施保证求解的收敛和精度。采用线性搜索、自动时间步、求解预测等措施加强计算的收敛。采用完全牛顿-拉普森方法进行迭代求解计算焊接应力应变场,同时采用变步长法求解加快计算速度。最后对计算结果进行了分析与试验验证,证明了模拟的正确性。 首次在锤击消除焊接应力的数值模拟研究中,采用接触单元技术建立有限元模型模拟计算锤击作用。将发生接触的锤头端面和平板表面利用接触单元离散覆盖在基体单元表面。采用扩展的拉格朗日算法计算法向接触力,库仑摩擦定律计算切向接触力。计算过程中,需要采用合理的时间步长和接触单元实常数值保证求解的收敛和计算的准确性。 落球冲击试验与计算结果表明,冲击力随冲击时间呈近似半正弦曲线变化。最大接触压力位于接触中心处,随着与接触中心的距离的增加,接触压力迅速减小。冲击能量达到一定值时,冲击作用可以在接触部位产生表面压应力,随着冲

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-9
第一章 绪论  9-18
  1．1 焊接应力数值模拟的研究与发展  9-12
  1．2 锤击法消除焊接应力的研究现状  12-14
  1．3 有限元法及ANSYS软件概述  14-16
  1．4 本文研究的主要内容及意义  16-18
第二章 锤击消除焊接残余应力过程分析  18-28
  2．1 焊接过程热-结构分析方法  18-19
  2．2 有限元模型的建立  19-25
    2．2．1 模型简化  19
    2．2．2 定义单元类型  19-21
    2．2．3 定义材料热物理性能属性  21-23
    2．2．4 建立几何模型  23-24
    2．2．5 网格划分  24-25
  2．3 锤击处理的分析方法  25-27
  2．4 本章小结  27-28
第三章 焊接温度场分析  28-41
  3．1 基本理论  28-30
  3．2 焊接过程的热分析方法  30-35
    3．2．1 热源模型  30-31
    3．2．2 焊接过程熔敷金属的处理  31-32
    3．2．3 潜热处理  32
    3．2．4 换热边界条件的处理  32-33
    3．2．5 施加载荷  33
    3．2．6 求解措施  33-35
  3．3 计算结果分析与验证  35-39
  3．4 本章小结  39-41
第四章 焊接应力应变场分析  41-57
  4．1 基本理论  41-43
    4．1．1 屈服准则  41-42
    4．1．2 流动准则  42
    4．1．3 强化准则  42-43
  4．2 焊接热弹塑性有限元方法  43-45
  4．3 焊接过程的结构计算分析  45-51
  4．4 计算结果分析  51-56
    4．4．1 焊接残余应力的分布  51-53
    4．4．2 焊接瞬态变形  53-56
  4．5 本章小结  56-57
第五章 锤击处理的有限元分析  57-78
  5．1 接触分析  57-58
  5．2 锤击处理的有限元模型  58-70
    5．2．1 锤击有限元模型的建立  59-63
    5．2．2 落球冲击试验与模拟计算  63-69
    5．2．3 锤击处理的模拟分析  69-70
  5．3 计算结果分析  70-77
    5．3．1 锤击接触变形  70-71
    5．3．2 锤击消除焊接残余应力分析  71-74
    5．3．3 锤击参数的影响  74-77
  5．4 本章小结  77-78
第六章 结论  78-79
参考文献  79-84
致谢  84-85
研究生期间发表的论文  85-86
学位论文评阅及答辩情况表  86

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 焊接、金属切割及金属粘接 > 焊接工艺 > 一般方法 > 焊接缺陷及质量检查
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