焊接结构残余应力及其数值模拟

焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于各个行业。

然而，在焊接过程中，产生的焊接变形和残余应力往往会对工件的性能和质量造成一定影响。

因此，在焊接技术培训中，对焊接变形和残余应力进行数值模拟分析具有重要意义。

本文将探讨焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟方法，并分析其应用前景。

一、焊接变形数值模拟焊接变形是指在焊接过程中，由于热引起的热应力和相变引起的力学应力而引起的构件变形现象。

为了准确预测焊接变形的情况，可以采用有限元数值模拟方法。

有限元数值模拟方法是一种将实际工程问题离散化为有限个简化的小单元进行计算的方法。

在焊接变形数值模拟中，首先需要建立焊接过程的热力耦合模型。

通过考虑焊接热源的热输入、热传导以及材料的相变特性等因素，可以准确地模拟焊接过程中的温度场变化。

然后，根据热力耦合模型，引入材料的本构关系和相变模型，可以计算得到焊接过程中的变形情况。

在数值模拟中，可以通过调整热源功率、焊缝几何形状以及材料的初始状态等参数，来对焊接变形进行优化。

此外，在数值模拟中还可以分析焊接变形对工件性能的影响，以指导焊接技术的改进和优化。

二、残余应力数值模拟焊接过程中产生的残余应力是指焊接完成后，由于焊缝区域的热胀冷缩差异而引起的应力。

残余应力的存在会降低工件的疲劳寿命和强度，甚至引发裂纹等问题。

因此，对焊接过程中的残余应力进行数值模拟分析是十分重要的。

在焊接残余应力数值模拟中，一般采用后处理方法来分析残余应力的分布和变化。

通过将焊接过程中的温度场和应力场输入到数值模拟软件中，可以得到焊接残余应力的分布情况。

同时，可以通过调整焊接参数和材料性质等因素，来研究焊接残余应力的变化规律。

在实际工程应用中，焊接残余应力数值模拟可以用于评估焊接工艺的可行性，为焊接工艺参数的选择提供依据。

此外，还可以通过优化焊接过程来减小残余应力的产生，提高工件的使用寿命和安全性。

三、数值模拟应用前景焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟方法，在实际应用中具有广阔的前景。

基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究一、本文概述随着现代工业技术的飞速发展，焊接作为一种重要的连接工艺，在航空、汽车、船舶、石油化工等领域的应用日益广泛。

然而，焊接过程中产生的温度场和应力场对焊接结构的性能有着至关重要的影响。

为了深入理解焊接过程中的热-力行为，预测焊接结构的变形和残余应力，进而优化焊接工艺参数和提高产品质量，本文旨在利用ANSYS有限元分析软件，对焊接过程中的温度场和应力场进行数值模拟研究。

本文首先简要介绍了焊接数值模拟的意义和现状，包括焊接数值模拟的重要性、国内外研究现状和存在的问题等。

随后，详细阐述了ANSYS 软件在焊接数值模拟中的应用，包括其基本原理、分析流程、模型建立、参数设置等方面。

在此基础上，本文以某典型焊接结构为例，详细阐述了焊接温度场和应力场的数值模拟过程，包括模型的建立、边界条件的设定、求解参数的选择、结果的后处理等。

对模拟结果进行了详细的分析和讨论，验证了数值模拟方法的准确性和可靠性，为实际工程应用提供了有益的参考。

本文的研究不仅有助于深入理解焊接过程中的热-力行为，为优化焊接工艺参数和提高产品质量提供理论支持，同时也为ANSYS软件在焊接数值模拟领域的应用推广和进一步发展奠定了基础。

二、焊接理论基础焊接是一种通过加热、加压或两者并用，使两块或多块金属在原子层面结合形成永久性连接的工艺过程。

焊接过程涉及复杂的物理和化学变化，包括金属的熔化、凝固、相变以及应力和变形的产生等。

因此，深入了解焊接过程的理论基础对于准确模拟焊接过程中的温度场和应力分布至关重要。

焊接过程中，热源将能量传递给工件，导致工件局部快速升温并熔化。

熔池形成后，随着热源的移动，熔池中的液态金属逐渐凝固形成焊缝。

焊接热源的类型和移动速度、工件的材质和厚度等因素都会影响焊接过程的温度场分布。

为了准确模拟这一过程，需要了解各种热源模型（如移动热源模型、体积热源模型等）及其适用范围，并选择合适的模型进行数值模拟。

焊接过程的数值模拟与优化一、引言焊接是一种常用的工业加工方法，可用于连接和修复金属、塑料、玻璃等各种材料。

然而，由于焊接过程中涉及到高温、气体、化学反应等多种复杂因素，使得焊接工艺参数的选择与优化具有一定的难度。

因此，为了提高焊接效率和质量，数值模拟和优化技术近些年来得到了广泛的应用。

二、数值模拟技术数值模拟技术是利用计算机运算模拟实际物理过程的一种方法。

在焊接过程中，数值模拟技术主要用于预测温度场、扭矩场、应力场、位移场等物理参量，以便优化焊接工艺参数以达到最佳的焊接效果。

1. 焊接过程模拟在焊接过程模拟中，主要涉及到热传递方程、能量守恒方程、动量守恒方程等基本模型。

通过数值求解这些模型，可以得到焊接过程中的温度场、熔池形状、焊缝形状等重要的参量。

2. 焊接残余应力模拟焊接残余应力是指焊接后焊件内部残留的应力状态。

焊接残余应力模拟主要涉及到材料本构关系、应力平衡方程等模型。

通过数值求解这些模型，可以得到焊接后的残余应力分布，进一步判断焊接件的稳定性和持久性等。

三、优化技术对于焊接加工过程而言，焊接质量和性能的优化是关键。

因此，针对焊接工艺参数进行优化是必不可少的。

1. 优化算法在焊接优化过程中，优化算法的选择对结果影响非常大。

常见的优化算法包括模拟退火、遗传算法、粒子群算法等。

这些算法可以根据不同的目标函数进行参数优化，以获得最优的焊接参数设置。

2. 优化目标焊接优化的目标参数有很多，通常包括焊接强度、裂纹敏感性、金属熔池尺寸、焊接速度、温度均匀性等方面。

这些目标量可以通过实验或数值模拟得到，然后通过优化算法进行校准。

四、实例以氩弧焊为例，通过焊接数值模拟和优化技术，得出最佳的焊接参数设置。

1. 模型建立在ANSYS软件中，建立了氩弧焊的热传递和流体模型，计算焊接过程中的热传递和气体流动。

2. 优化参数通过实验和数值模拟，优化了电流、电压、焊接速度和气体流量等参数，以获得最佳的焊接效果。

3. 优化结果最终的优化结果表明，当电流设置为85A、电压设置为20V、焊接速度设置为3mm/s、氩气流量设置为10L/min时，可以获得最优的焊接结果，焊缝质量和机械性能都得到了明显的提升。

《基于ANSYS的焊接温度场和应力的数值模拟研究》篇一一、引言焊接作为一种重要的工艺方法，广泛应用于各种工程结构中。

然而，焊接过程中产生的温度场和应力分布对焊接结构的质量、性能和使用寿命有着重要的影响。

因此，对焊接温度场和应力的研究具有非常重要的意义。

本文将通过ANSYS软件进行焊接温度场和应力的数值模拟研究，以期为焊接工艺的优化提供理论依据。

二、焊接温度场的数值模拟1. 建模与材料属性设定在ANSYS中建立焊接结构的几何模型，设定材料的热学性能参数，如热导率、比热容等。

同时，设定焊接过程中的热源模型，如高斯热源模型等。

2. 网格划分与边界条件设定对模型进行合理的网格划分，以便更好地捕捉温度场的分布情况。

设定边界条件，包括环境温度、对流换热系数等。

3. 求解与结果分析通过ANSYS的瞬态热分析模块进行求解，得到焊接过程中的温度场分布情况。

分析温度场的变化规律，研究焊接过程中的热循环行为。

三、焊接应力的数值模拟1. 建模与材料属性设定在ANSYS中建立与温度场分析相同的几何模型，设定材料的力学性能参数，如弹性模量、泊松比等。

同时，导入温度场分析的结果作为应力分析的初始条件。

2. 网格划分与约束条件设定对应力分析模型进行网格划分，并设定约束条件，如固定支座等。

这些约束条件将影响应力的分布情况。

3. 求解与结果分析通过ANSYS的结构分析模块进行求解，得到焊接过程中的应力分布情况。

分析应力的变化规律，研究焊接过程中的残余应力分布情况。

同时，结合温度场分析结果，研究温度与应力之间的关系。

四、结果与讨论1. 温度场分析结果通过ANSYS的数值模拟，得到了焊接过程中的温度场分布情况。

结果表明，在焊接过程中，焊缝处的温度较高，随着距离焊缝的增大，温度逐渐降低。

同时，随着时间的变化，温度场呈现出明显的热循环行为。

2. 应力分析结果在应力分析中，我们发现焊接过程中会产生较大的残余应力。

这些残余应力主要分布在焊缝及其附近区域，并呈现出一定的规律性。

X80管线钢环焊缝焊接残余应力数值模拟的开题报告一、研究背景管线钢在油气工程中发挥着重要作用，但是其焊接工艺和性能成为制约其使用的关键问题之一。

焊接过程中产生的残余应力是管道结构失效的主要原因之一，因此，在管线钢焊接中减少或控制焊接残余应力，对提高管道结构的安全性和可靠性具有重要意义。

本研究将围绕X80管线钢环焊缝的焊接残余应力问题展开研究，采用数值模拟方法对X80管线钢环焊缝焊接残余应力进行分析和预测，为管道工程的设计和制造提供有效的参考。

二、研究对象与内容（一）研究对象X80管线钢环焊缝（二）研究内容1. 建立X80管线钢环焊缝的三维有限元模型，分析其焊接工艺过程中热影响区的温度场和热应力场分布情况；2. 通过数值模拟分析，确定焊接过程中可能产生的变形量和残余应力大小及分布情况；3. 在数值模拟基础上，设计和进行焊接试验，验证数值模拟的准确性和可靠性；4. 分析管道工程中的典型失效形态，评估X80管线钢焊缝的安全性和可靠性。

三、研究意义1. 在X80管线钢环焊缝焊接残余应力的数值模拟方面进行探索，对于提高管道工程设计和制造的精度和效率具有积极意义；2. 在管道工程中，管线钢的焊接是一个重要的环节，焊接残余应力的控制和减少能够大大提高管道结构的安全性和可靠性；3. 该研究能够为改善我国管道工程质量，提高管道工程的可持续发展能力提供理论参考和技术支撑。

四、研究方法数值模拟——建立数学模型，通过计算机计算预测管线钢环焊缝的焊接残余应力。

同时，为了验证数值模拟结果的可靠性和准确性，将设计和进行焊接试验。

五、预期结果1. 建立X80管线钢环焊缝的三维有限元模型，分析其焊接工艺过程中热影响区的温度场和热应力场分布情况；2. 确定焊接过程中可能产生的变形量和残余应力大小及分布情况；3. 通过焊接试验，验证数值模拟结果的准确性和可靠性；4. 分析管道工程中的典型失效形态，评估X80管线钢焊缝的安全性和可靠性。

T型接头焊接温度场与应力场的数值模拟引言T型接头是一种常见的焊接结构，在工程领域有广泛的应用。

在焊接过程中，温度场和应力场的分布对于焊接接头的质量和性能起着重要作用。

因此，探究T型接头焊接过程中的温度场和应力场分布，在改进焊接工艺和优化接头设计方面具有重要意义。

本文接受有限元数值模拟方法，对T型接头焊接过程中的温度场和应力场进行了分析和模拟。

通过探究接头的材料特性、焊接参数和接头几何外形对温度场和应力场的影响，揭示了焊接过程中的关键问题和挑战。

1. 模型建立与材料特性分析起首，依据实际焊接接头的几何外形和尺寸，建立了T型接头的三维有限元模型。

接头材料的热物性参数、热传导系数和热膨胀系数等材料特性也在模型中思量。

通过对材料特性的分析，可以确定模型中的参数，为后续的数值模拟提供准确的输入条件。

2. 温度场模拟与分析在焊接过程中，热源会加热接头，导致温度提高。

为了理解焊接过程中温度场分布的规律，我们使用了热传导方程来模拟接头的温度场。

依据热传导方程的边界条件和初值条件，可以求解得到接头在不同时间点的温度分布状况。

通过数值模拟，我们得到了焊接过程中温度场的分布曲线。

可以发现，在焊接开始时，温度场的分布不匀称，呈现出高温区和低温区。

随着焊接时间的增加，高温区逐渐扩散并向焊缝两侧挪动，直到逐渐平稳。

这个温度分布的过程对于焊接接头的质量起着至关重要的作用。

3. 应力场模拟与分析焊接过程中的热应力和残余应力是导致接头变形和开裂的主要原因之一。

因此，探究焊接过程中的应力场分布对于理解接头的力学行为和猜测接头的寿命具有重要意义。

我们接受了热弹性力学理论来模拟焊接过程中的应力场。

依据焊接过程中的温度分布和材料的热力学参数，可以计算得到焊接接头中应力场的分布状况。

通过数值模拟，我们发现焊接过程中的应力场分布与温度场的分布有密切干系。

焊接接头在局部区域产生了较大的应力集中，同时沿着焊缝的方向形成了应力梯度。

这些应力分布特征对于焊接接头的破裂和变形具有重要的影响。

焊接变形与残余应力的数值模拟分析随着工业技术的发展，焊接已经成为了现代制造业中不可或缺的一种加工工艺。

焊接的应用范围非常广泛，从车辆制造到建筑结构，从航空航天到电子竞技设备，焊接技术都有所涉及。

然而，焊接过程中会产生残余应力和变形问题，严重影响焊接件的品质和性能，甚至可能导致失效。

因此，了解焊接变形和残余应力问题，进行数值模拟分析是非常重要的。

一、焊接变形焊接变形是焊接过程中最常见的问题之一。

变形不仅影响焊接件的外观美观，还会影响其安装和使用。

焊接变形的产生原因有很多，其中包括热应力、物理收缩、材料弹性性质的变化等。

因此，减少焊接变形是焊接过程中必须解决的技术问题。

在数值模拟中，我们一般采用有限元法来模拟焊接变形。

这种方法可以对焊接前后零件的状态进行精确的数值计算。

在计算过程中，我们需要考虑材料的物理性质、热加工条件和焊接过程中零件的固定方法等。

通过数值模拟，我们可以预测焊接变形的量、方向和位置，从而采取相应的措施进行修正，保证焊接件的完整性和质量。

二、残余应力焊接残余应力是指焊接过程中留下的静态应力。

这种应力会影响焊接件的耐用性和安全性，容易引起裂纹和变形。

在某些情况下，焊接残余应力甚至可能导致焊接件的失效。

因此，减少焊接残余应力是非常重要的。

数值模拟还可以用来分析焊接残余应力。

在数值模拟时，我们一般采用热-弹性-塑性的有限元法进行计算。

这种方法考虑了焊接过程中不同材料之间的热胀缩差异、热致塑性变形和残余应力等因素。

通过数值模拟，我们可以预测焊接件上的残余应力分布情况，从而采取相应的措施进行消除或者减少。

三、模拟结果的验证由于焊接变形和残余应力问题十分复杂，需要考虑很多因素。

因此，数值模拟结果仅供参考，需要进行实验验证。

提高焊接件的精度和焊接品质，可以采用慢速焊接、增加支撑和焊接等离子体，并对焊接过程中的参数进行充分的控制。

同时，可以使用补偿焊接，通过防止变形和残余应力问题的技术手段，来消除材料的塑性变形和残余应力。

第21卷　第2期应用力学学报Vol.21　No.2 2004年6月CHINESE JOURNAL OF APPL IE D MECHANICS J un.2004文章编号:100024939(2004)022*******爆炸法消除焊接接头残余应力的数值模拟Ξ刘凯欣1　张晋香1　刘　颖1　李晓杰2　张　凯2(北京大学　北京　100871)1　(大连理工大学　大连　116023)2摘要:利用非线性动力有限元法对爆炸处理消除焊接接头残余应力的全过程进行了数值模拟。

首先,采用温度场与位移场的间接耦合方法计算了钢板对接焊的焊后冷却及残余应力的生成过程,求得焊接接头处由高温冷却到室温由于变形受到阻碍而产生的不均匀的残余塑性变形和应力。

然后,在焊缝区引入移动的爆炸载荷,计算了爆炸波作用下该钢板焊接接头附近应力的变化。

计算结果表明,爆炸处理可引起板内应力的重新分布,从而有效地释放超过塑性极限的残余应力。

利用炸药爆炸消除大型焊接结构残余应力是一种经济有效的方法,本文的数值模拟为研究炸药爆炸消除焊接结构残余应力的机理提供了有力的工具。

关键词:非线性动力有限元;焊接;残余应力;爆炸处理中图分类号:O383;TG404 文献标识码:　A1　引　言焊接结构广泛应用于工程实际。

在焊接过程中,焊接区以远高于周围区域的速度被急剧加热,焊接区材料温度升高后屈服极限下降。

在焊后冷却过程中,金属的收缩变形受到周围较冷区域的约束,产生热应力,热应力可部分地超过该温度下的屈服极限,引起塑性应力和变形。

焊接区冷却到室温后比周围区域相对缩短、变窄或减小,因此呈现拉伸残余应力,周围区域则承受压缩残余应力[1]。

焊接残余应力的存在,会降低结构的疲劳强度和承载能力。

爆炸法消除焊接残余应力是近年来发展起来的一种新技术,其显著特点是快速简便、节省成本、降低能耗,而且不受构件和设备尺寸、材质以及场地的限制。

经过大量研究和多年的推广应用,已经发展成为一种比较成熟的大型焊接结构消除残余应力技术。

Electric Welding MachineVol.54 No.2Feb. 2024第 54 卷 第 2 期2024 年2 月SMA490BW 耐候钢焊接与焊后热处理残余应力的数值模拟户迎灿1， 王秋影1， 邱培现1， 许骏1， 廖子文21.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东 青岛 2663112.西南交通大学 材料科学与工程学院， 四川 成都 610031摘　要：SMA490BW 耐候钢焊接过程中会产生较大的残余应力，常使用去应力退火的热处理方式消除残余应力。

建立了SMA490BW 耐候钢的焊接过程和焊后热处理过程中的有限元模型，对焊接以及焊后热处理的残余应力场进行了有限元模拟和验证。

通过引入材料的CREEP 本构模型，利用Norton-Bailey 指数方程模拟计算了焊后热处理时材料的蠕变行为，得到热处理对的焊接残余应力的影响。

研究结果表明：使用CREEP 本构模型，引入材料的蠕变行为可以较好地模拟焊接工件的焊后热处理过程中的应力应变变化，计算得到的残余应力值与实测值有较好的一致性。

这为工业上优化SMA490BW 耐候钢的焊接工艺、降低残余应力提供了理论支持。

关键词：SMA490BW 耐候钢； 热处理； 残余应力； 数值模拟中图分类号：TG441.8 文献标识码：A 文章编号：1001-2303（2024）02-0077-06Numerical Simulation Analysis of Residual Stress in SMA490BW Weldingand Post-Weld Heat TreatmentHU Yingcan 1, WANG Qiuying 1, QIU Peixian 1, XU Jun 1, LIAO Ziwen 21.CRRC Qingdao Sifang Locomotive and Rolling Stock Co., Ltd., Qingdao 266311, China2.Institute of welding, School of materials science and engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, ChinaAbstract: SMA490BW weathering steel is usually joined by welding. Residual stress will be generated during the welding process, which has a great impact on engineering application. In industry, annealing heat treatment is often used to reduce re ‐sidual stress. This paper establishes a finite element model of the welding process and post-weld heat treatment process of SMA490BW, the finite element simulation of the residual stress field of welding and post-weld heat treatment were carried out, and it was proven correct through test. By introducing the CREEP constitutive model of the material, the Norton-Bailey exponential equation is used to simulate the creep behavior of the material during post-weld heat treatment, and the effect of heat treatment on the welding residual stress is obtained. The research results show that: using the CREEP constitutive model, introducing the creep behavior of material can better simulate the stress and strain changes during the post-weld heat treatment of the welded workpiece, and the simulated residual stress values are in good agreement with the measured values.Keywords: SMA490BW weathering steel; heat treatment; residual stress; numerical simulation引用格式：户迎灿，王秋影，邱培现，等.SMA490BW 耐候钢焊接与焊后热处理残余应力的数值模拟［J ］.电焊机，2024，54（2）：77-82.Citation:HU Yingcan, WANG Qiuying, QIU Peixian, et al.Numerical Simulation Analysis of Residual Stress in SMA490BW Welding and Post -Weld Heat Treatment[J].Electric Welding Machine, 2024, 54(2): 77-82.0 引言SMA490BW 耐候钢具有良好的韧塑性和较高的强度，并且在大气条件下有良好的耐腐蚀性能，被大量应用于我国高速轨道列车的转向架结构中［1］。