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铝合金筒体焊接温度场和应力应变场的三维数值模拟

作　者: 顾立志
导　师: 廉金瑞
学　校: 天津大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 数值模拟有限单元法筒体结构温度场应力应变残余应力残余变形
分类号: TG457
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 422次
引　用: 7次
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内容摘要

焊接是一个涉及到电弧物理、传热、冶金和力学等学科的复杂的物理化学过程。焊接现象包括焊接时的电磁、传热过程、金属的熔化和凝固以及冷却时的相变、焊接应力和变形等等。因为焊接过程的复杂性,所以很难通过实验的方法对焊接过程产热和应力分布进行研究。借用计算机技术,对焊接现象进行数值模拟,是国内外焊接工作者的热门研究课题,并且得到了越来越广泛的应用。本文运用有限元法(FEM),对铝合金筒体结构的焊接过程进行研究,分析了焊接过程的热、力行为; 探讨了结构焊接温度场、应力场的分布规律。在阐述有限单元法基本理论和基本推导方程的基础上,以大型有限元分析软件ANSYS作为分析手段,建立全位置焊接移动热源的三维有限元计算模型,对筒体结构的焊接温度场进行动态模拟,并以瞬态温度场分析为基础,进行焊接残余应力的热弹塑性分析。计算结果表明,筒体内侧焊缝和近缝区的环向和轴向残余应力均为拉应力,随着离开焊缝距离的增加,由拉应力逐渐过渡到压应力。在筒体外表面焊缝中心处的轴向残余应力为压应力,而环向残余应力为拉应力。通过有关实验,对部分模拟结果进行验证,表明计算值和实际测量值基本吻合。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-5
主要符号表  5-8
第一章绪论  8-16
  1.1 选题背景及意义  8-10
  1.2 国内外焊接瞬态温度场研究概况  10-12
  1.3 筒体焊接应力应变场数值模拟的现状及展望  12-14
  1.4 本论文的研究内容和目的  14-16
第二章焊接过程有限元分析的理论基础和方法  16-34
  2.1 前言  16
  2.2 焊接过程有限元分析的特点  16-17
  2.3 焊接有限元模型的简化  17-18
  2.4 焊接温度场、数值模拟的方法  18-20
  2.5 焊接温度场的计算  20-26
  2.6 焊接应力场的计算  26-33
  2.7 小结  33-34
第三章铝合金筒体焊接温度场的数值模拟  34-44
  3.1 铝合金筒体结构  34-36
  3.2 焊接温度场模型的建立  36-40
  3.3 焊接温度场数值模拟结果  40-43
  3.4 小结  43-44
第四章铝合金筒体焊接应力应变场的数值模拟和结果分析  44-61
  4.1 焊接内应力的基本概念  44-46
  4.2 耦合场分析  46
  4.3 焊接热应力耦合原理  46-48
  4.4 应力应变数值模拟的实现  48-49
  4.5 应力应变求解中存在的问题  49-51
  4.6 铝合金筒体焊接应力场的结果分析  51-59
  4.7 筒体结构焊接接头残余应力分布的形成机理  59-60
  4.8 小结  60-61
结论  61-62
参考文献  62-65
发表论文  65-66
致谢  66

铝合金筒体焊接温度场和应力应变场的三维数值模拟

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