基于正交试验设计的固有应变法在焊接变形预测的应用

焊接结构变形预测及控制的研究现状摘要：焊接是现代机械设备与结构加工中常用的工艺之一，为了保障焊接结构符合标准，要在变形问题产生前进行预测，并通过控制来减少变形给焊接结构带来的负面影响。

本文对控制与预测焊接结构变形的研究现状进行分析，确定控制与预测的实现方法，以此强化对焊接过程的控制，提升焊接质量水平。

关键词：焊接结构；变形；预测；控制；研究现状焊接过程中出现的残余应力与焊接变形问题会给产品的质量与使用带来影响。

控制焊接变形时，应当了解影响变形的因素，利用焊接规律来预测焊接变形，提升焊接质量水平。

现分析焊接结构变形控制与预测的研究现状。

1预测焊接变形的方法1.1解析法弹性理论是解析法的基础，通过数学与物理理论对数学模型进行演绎与推导，获取能够用函数形式实现表达的解析解。

有研究者利用解析法，分析当热源瞬时集中到面、线、点条件下时焊接热工程的情况，提出假设条件：如果材料处于任何一种温度下，都呈现出固体的状态，不会产生相变，材料性能也不会因温度而出现变动，同时尺寸也为无限大，但是实际情况与这些假设条件相差甚远，因此实际结果与模拟结果之间也存在较大的差异。

还有研究者从分类与起因两个角度对焊接变形与残余应力展开研究，获得相应的理论方法，在此理论的基础上依靠残余塑变分析计算焊接变形，这一方法的使用前提是设置横截面假设，因此其只能被运用到预测相对简单化的焊接变形问题；而后依照低碳钢薄板出现焊接变形后的翘曲现象，推导出预测变形公式以及焊缝收缩概念。

使用解析法时需要假定所有区域都维持弹性，并且只对参与塑性变形问题加以考虑，对于解析条件也有严格的要求。

1.2焊接变形的数值模拟在解析法的基础上产生了焊接数值模拟的预测方法，可通过计算机程序建设数学模型，求解近似解，这种方法可以运用直观的方式表达出温度场的实际变化情况，更精准地预测焊接变形与焊接热应力。

热弹塑性有限元是使用范围相关广泛的方法，能够对焊接焊缝的整个过程进行跟踪，需要先分析焊接过程中的热循环，获取温度场，再将温度场设置成初始条件，将其加载至有限元程序中，获得焊接活动的应力应变场，而后可分析焊接变形，这种方法可以对多种焊接方法进行预测，同时还能预测多种材料产生的焊后变形以及针对多种接头形式进行预测，也能够在分析焊接残余应力、裂纹、断裂以及强度时发挥作用。

《相变和焊接顺序对正交异性钢桥面板焊接变形的影响研究》篇一一、引言正交异性钢桥面板作为现代桥梁工程中的重要组成部分，其焊接过程中的变形问题一直是研究的热点。

焊接变形不仅影响桥梁的外观，更重要的是可能对桥梁的结构安全性和使用寿命造成潜在威胁。

本文着重探讨相变和焊接顺序对正交异性钢桥面板焊接变形的影响，以期为实际工程提供理论依据和指导。

二、正交异性钢桥面板概述正交异性钢桥面板主要由横梁、纵梁和面板等部分组成，各部分通过焊接连接形成整体结构。

其特点是结构复杂，焊接工作量大，且焊接过程中的变形问题较为突出。

三、相变对焊接变形的影响相变是指材料在加热或冷却过程中，由于温度变化引起的组织结构变化。

在正交异性钢桥面板的焊接过程中，相变对焊接变形有着显著影响。

一方面，相变过程中材料的热膨胀和收缩会导致焊接变形；另一方面，相变还会影响材料的力学性能，进一步影响焊接变形的程度。

因此，研究相变规律，对于控制正交异性钢桥面板的焊接变形具有重要意义。

四、焊接顺序对焊接变形的影响焊接顺序是指焊接过程中，焊缝的焊接顺序和方向。

合理的焊接顺序可以有效地控制焊接变形。

在正交异性钢桥面板的焊接过程中，焊缝数量多，分布复杂，因此，选择合适的焊接顺序对于控制焊接变形至关重要。

一般来说，先焊接主要承重结构，再焊接次要结构；先焊接短焊缝，再焊接长焊缝等，都是有效的控制焊接变形的措施。

五、研究方法与实验设计为了研究相变和焊接顺序对正交异性钢桥面板焊接变形的影响，本文采用理论分析、数值模拟和实验研究相结合的方法。

首先，通过理论分析相变和焊接顺序对焊接变形的影响机制；其次，利用有限元软件进行数值模拟，分析不同相变和焊接顺序条件下的焊接变形情况；最后，通过实际实验验证数值模拟结果的准确性。

六、结果与讨论通过理论分析、数值模拟和实验研究，得出以下结论：1. 相变对正交异性钢桥面板的焊接变形有显著影响。

在相变过程中，材料的热膨胀和收缩会导致焊接变形加剧。

《大跨结构钢箱梁焊接变形预测与控制的应用研究》篇一一、引言在当今建筑技术快速发展的背景下，大跨度钢箱梁的桥梁工程已经逐渐成为了建筑领域的焦点之一。

这种大型桥梁的施工过程中，其结构的稳定性及施工质量问题成为工程师关注的重点。

尤其是焊接过程中的变形问题，它不仅影响着桥梁的整体美观性，还关系到桥梁的稳定性和安全性。

因此，本文针对大跨结构钢箱梁的焊接变形预测与控制进行研究，以提供有效的解决方案。

二、大跨结构钢箱梁焊接变形的现状与问题大跨结构钢箱梁的焊接过程中，由于材料性质、温度变化、焊接顺序等多种因素的影响，常常会出现焊接变形的问题。

这种变形不仅会降低桥梁的美观性，还会对桥梁的结构安全产生严重的影响。

因此，预测和控制这种焊接变形成为工程中的关键问题。

三、焊接变形预测的研究针对大跨结构钢箱梁的焊接变形预测，本文提出了一种基于有限元分析和神经网络的预测模型。

该模型首先通过有限元分析软件对钢箱梁的焊接过程进行模拟，得到可能的变形情况。

然后，利用神经网络对模拟结果进行学习和预测，以得到更准确的焊接变形预测结果。

通过这种方式，我们可以提前预测到焊接过程中可能出现的变形情况，为后续的控制工作提供依据。

四、焊接变形的控制方法针对大跨结构钢箱梁的焊接变形控制，本文提出了一种基于实时监测和反馈控制的控制策略。

在焊接过程中，我们通过安装的传感器实时监测钢箱梁的变形情况。

当变形超过预设的阈值时，控制系统会立即启动，通过调整焊接顺序、焊接速度等参数，对焊接变形进行控制。

此外，我们还采用了预变形技术，即在焊接前对钢箱梁进行预弯，以抵消可能出现的焊接变形。

五、应用实例分析以某大跨度钢箱梁桥梁工程为例，我们应用了上述的预测与控制策略。

通过有限元分析和神经网络的预测模型，我们成功地预测了焊接过程中的变形情况。

然后，通过实时监测和反馈控制的策略，我们有效地控制了焊接变形。

经过实际应用，该桥梁的施工质量得到了显著的提高，焊缝质量也得到了有效的保障。

机器人小车焊接构架变形预测和分析发表时间：2020-11-04T10:27:53.253Z 来源：《基层建设》2020年第21期作者：林艳红[导读] 摘要：近年来，计算机技术快速发展，对焊接变形的数值仿真计算有很大地促进作用，数值模拟成为结构焊接残余应力和焊接变形预测的有效方法之一。

身份证号码：23062319920809xxxx摘要：近年来，计算机技术快速发展，对焊接变形的数值仿真计算有很大地促进作用，数值模拟成为结构焊接残余应力和焊接变形预测的有效方法之一。

关键词：机器人；小车；焊接构架；变形引言焊接变形涉及传热学、电磁学、材料冶金学、固体力学和流体力学等，是多学科融合的复杂现象。

作为机械加工常用的连接方式之一，焊接在机器人小车构架的生产和制造中有重要的作用。

焊接加工时往往出现残余变形，残余变形的大小直接影响机器人小车焊接构架的性能和使用寿命。

焊接构架是机器人小车的关键承载部件之一，其安全性和可靠性至关重要。

在机器人小车焊接构架的设计阶段，合理完善的焊接变形预测和分析需要可靠、适用的焊接变形数据支撑。

1内外研究及应用现状国外先进的刮板输送机制造企业，如德国DBT公司和美国JOY公司早已广泛使用焊接机器人或机器手代替或部分代替人工焊接。

焊接机器人的应用，不但改善了劳动环境，减轻劳动强度，提高生产效率，更主要的是焊接机器人工作的稳定性和焊接产品质量的一致性保证了批量生产的产品焊接质量。

近年来，国内一些刮板输送机制造企业开始采用焊接机器人进行中部槽、机头等结构件的焊接，以提高焊接质量和生产效率。

刮板输送机实现焊接自动化和智能化是煤矿工程机械产业发展的迫切需求，也是必然趋势，这对提升刮板输送机关键部件的焊接效率和质量、减少焊接工人数量、改善工人生产环境都具有重要作用，可显著提高我国基础工业加工制造水平。

2基本原理2.1固有应变法固有应变法最初由日本学者提出。

固有应变是指热循环后残留在构件内引起构件残余应力和变形的应变，也称为残余应变。

基于有限元法的建筑钢结构焊接应力与变形预测及控制研究一、钢结构焊接的难点说到建筑钢结构，相信大家都知道它是现代建筑中不可或缺的部分。

钢结构强度高，承载力强，使用寿命长，简直是建筑界的“钢铁侠”。

话说回来，钢结构的焊接可不是件简单的事。

焊接本身就像是把两个钢铁兄弟“抱”到一起，结果那种“抱”得太紧，或者没“抱”好，都会产生一些麻烦。

钢材受热膨胀、冷却收缩，焊接时一不小心就会出现裂纹、变形、甚至局部应力过大，搞不好整个结构的稳定性都会受影响。

所以，焊接的应力和变形，真得像是给建筑结构按了个“脉”，稍有不慎，可能整个建筑就得“出事”。

二、有限元法的奇妙之处讲了这么多问题，怎么解决呢？别急，有限元法（FEM）登场啦！这个名字听起来有点高深，但其实它的原理就像是拆解难题，把大问题拆成一个个小问题逐个击破。

简单来说，就是把建筑结构的每个小部分都看成是一个小单元，然后通过数学模型来模拟它们的行为，最终得出整栋建筑的“健康状况”。

就好比你去医院，医生不直接给你做大手术，而是先给你做个详细的体检，看看哪儿有点小问题，再决定怎么治疗。

有限元法就相当于给钢结构“做体检”，预测可能会出现的应力集中和变形，让我们可以提前采取措施避免大问题发生。

更重要的是，有限元法能把钢结构在焊接过程中可能遇到的各种情况都考虑到。

你能想象吗？它能模拟温度的变化、焊接过程中的金属熔化、冷却等，甚至是各种不同焊接技术的影响。

这些数据看似无关紧要，但通过科学分析，它们能帮助我们在设计阶段就避开潜在的风险，确保结构的稳定性。

就像是提前知道了某个路段会堵车，提前绕道，不至于在途中卡住。

三、应力和变形的预测与控制焊接过程中，最容易出现的麻烦就是应力集中和变形。

简单来说，应力就是内部“压力”，当压力太大时，结构可能就会发生“崩塌”；变形就是外部“歪了”，它可能看起来不太显眼，但一旦严重了，就像房子倾斜了，肯定不安全。

我们通过有限元法，可以清楚地知道每个焊接点的应力值，哪里有可能因为温差变化产生过大的应力，哪里可能会有变形的隐患。

基于固有应变法的不锈钢车体车顶焊接变形仿真李树栋;祝航;戴忠晨;占小红;赵文勇【摘要】焊接变形一直是工程实际中需要解决的问题,传统的热弹塑性理论无法解决大尺寸构件的仿真,采用固有应变理论在工程中进行焊接变形仿真具有诗算成本低、速度快、有一定准确性的特点.采用固有应变理论对某不锈钢地铁车辆车顶的焊接变形进行仿真,并调整相应工艺后再次仿真,最后通过与三维实测数据对比验证仿真结果的准确性,为后续解决大尺寸构件的焊接变形仿真提供借鉴.【期刊名称】《电焊机》【年(卷),期】2018(048)008【总页数】4页(P9-12)【关键词】地铁车辆;焊接变形;固有应变;仿真【作者】李树栋;祝航;戴忠晨;占小红;赵文勇【作者单位】南京航空航天大学材料科学与技术学院,江苏南京210016;中车南京浦镇车辆有限公司,江苏南京210031;中车南京浦镇车辆有限公司,江苏南京210031;中车南京浦镇车辆有限公司,江苏南京210031;南京航空航天大学材料科学与技术学院,江苏南京210016;南京航空航天大学材料科学与技术学院,江苏南京210016【正文语种】中文【中图分类】TG4090 前言焊接变形是焊接成型工艺重要的研究对象，但过去估计变形一般是基于经验或简化算法。

随着计算机技术的发展，以热弹塑性理论为基础的有限元法得到了广泛应用，效果良好。

如达索公司的abaqus、MSC公司的MARC、ESI公司的SYSWLED等软件应用在各行各业的焊接变形仿真中。

但是基于弹塑性理论的有限元法无论是采用顺序耦合还是完全耦合，都存在计算成本过高的问题，尤其是在大结构的计算仿真对硬件的要求急剧增加，计算时间也大幅延长，一个仿真有时会长达数周，严重影响仿真的实际应用。

为了计算大型结构的焊接变形，1989年Ueda等[1]提出了固有应变的概念，该方法通过计算固有应变，然后将其施加在焊缝进行一次弹性有限元分析，经过计算机的求解就能得到整体构建的焊接变形。

刍议汽车制造中的焊接变形的预测随着社会经济的迅猛发展，人们生活水平也在快速提升，整个社会内部汽车购买量也在持续增多，与汽车相关的行业之间的竞争也趋于白热化状态。

在激烈的市场竞争背景下，要占据有力的市场地位，汽车制造企业必须设定出一个较为完整的在成本不变的前提下，提高汽车制造产品质量、缩短制造周期的方案。

本文主要基于汽车制造的视角，研究了针对焊接变形预测的不同方案，并结合别克轿车的汽车副车架焊接实例进行了变形预测分析。

标签：汽车制造；焊接变形；预测在汽车制造过程中，焊接属于十分重要的一个环节。

通常由于焊接部分加热不均匀、冷却的快速性及受到外部条件的影响，导致焊接残余应力形成，造成焊接变形。

早在1970年左右，一些日本学者便提出了基于材料性能及温度视角的热塑性法。

但由于此种方案对计算方面的要求太高，分析过程较为繁琐，不适合运用于一般分析中。

隨着当前汽车工业的迅猛发展，汽车制造业的竞争也变得日趋激烈，对汽车设计的要求也在不断提升。

要求汽车制造领域推出一种新型的能够满足不同汽车品种的成本较低、质量较高、制作周期较短的设计方案。

以下主要通过对汽车各器件的焊接变形特点进行整合归纳，来实施有效的焊接变形预测。

一、三维热弹塑性变形预测分析法三维热弹塑性分析是一项十分复杂的焊接变形分析程序，在分析前应该进行三维线性焊接温度场分析，根据试验场确定温度场的数据，并且将数据输入到计算机焊接热弹塑性有效分析程序中，程序接受数据之后会自动进行三维焊接变形以及应力分析。

由于三维焊接热弹性所使用的材料的热物理性能以及机械性能会受到温度场温度的影响，不同温度下，材料的热物理性能以及机械性能之间的关系会发生变化，其熔化潜热和移动热源等都会发生变化。

程序模拟焊接过程中，材料的熔敷金属一般可以选用填充材料，这种材料具有自身的特点，能使用温度变化带来的反应，实现“生死单元”的变化，研究中最为常见的热源模型有双椭圆性热源以及Gauss热源等。

焊接变形与残余应力的预测目录焊接变形和残余应力的基本原理在焊接由焊接产生的动态应力应变过程及随后出现的残余应力和残余变形是导致焊接裂纹和接头强度和性能下降的重要因素。

焊接应力和焊接变形由焊接过程中的不均匀加热引起，由于其形成原因复杂多变，而且完全不可确定，因此我们只能通过总结焊接应力与变形的产生和存在的一般规律以及大家总结出原来的施工经验，对即将进行的工程构件焊接情况进行分析和预测。

焊接应力与焊接变形存在一定的关系，当焊接应力完全释放的时候焊接变形达到最大值；当焊接结构处于完全刚性的时候，几乎可以完全控制焊接变形，而此时由于无法进行应力释放，焊接残余应力将达到最大值。

如何选择和理的焊接结构、焊接方法、焊接材料和焊接工艺，以取得最佳的焊接残余应力和焊接变形状态时钢结构焊接的重要课题。

焊接变形和残余应力的常用计算方法焊接应力与变形的形成原因极为复杂，因为直接影响应力与变形的金属材料的力学性能和热物理性能随着温度的变化而变化，而起决定作用的焊接温度场又因焊接接头的形状和尺寸、焊接工艺参数等的变化而变化。

因此在计算焊接应力与焊接变形时，常常作出一些假定和简化，从而从最简单焊接的分析入手，并推断出结论。

目前常用的预测焊接变形的方法主要有残余塑变解析法、三维实体单元固有应变有限元法、板壳单元固有应变有限元法，以及热弹性有限元法等。

残余塑变解析法仅适用于简单构件、规则梁，计算过程需要经验及试验数据的累积，分析焊接构件几何参数及焊接规范参数，在本工程中适用于梁柱对接的应力分析。

三维实体单元固有应变有限元法主要适用于实体复杂结构，在本工程中适用于主要节点的焊后构件变形，需要划分网格、加载固有应变后进行三维弹性分析。

板壳单元固有应变有限元法适用于薄壁复杂结构，在本工程中可应用性不大。

对于整体结构的焊接变形预测，需要使用热弹塑性有限元法进行分析，计算步骤为：划分网格、模拟焊接温度场、热弹塑性分析，其计算过程需要跟踪焊接热力学的全部过程，计算量极大、计算时间很长，在目前的短时间内不可能得到准确的结果。

汽车起重机车架焊接变形仿真分析■李虎1 崔书文1 成义权11.徐工集团徐州重型机械有限公司，江苏 徐州，221004摘要：汽车起重机车架为典型的箱型结构，因外型尺寸大、焊缝分布复杂，焊接变形的仿真难度大。

本文使用固有应变理论，进行焊接变形的仿真计算，并与实测变形数值进行了对比。

仿真结果和实测结果具有很好的一致性。

关键词：汽车起重机车架；固有应变；焊接变形Abstract: The car crane frame is a typical box structure, which is difficult because of the large size of the outer size, the distribution of the weld and the simulation of the welding deformation. In this paper, the simulation calculation of welding deformation is used to compare the measured deformation values. The simulation results and the measured results have good consistency.Key words: Car crane frame; Inherent strain; Welding deformation0 前言汽车起重机作为工程机械中广泛使用的一种起重设备，因其灵活的使用工况和快速转场的特点受到吊装市场的欢迎。

汽车起重机车架直接承载吊重时上车传递的垂直载荷和倾翻力矩，是汽车起重机上最重要的部件之一。

汽车起重机车架为典型焊接薄壁箱式结构，因焊接过程不均匀的加热和冷却、材料的局部非协调塑性应变的作用，产生各种焊接变形。

焊接变形的存在不仅引起焊接结构形状变异，尺寸精度下降和承载能力降低，而且在工作载荷作用下引起的附加弯矩和应力集中现象是焊接结构早期失效的主要原因，也是造成焊接结构疲劳强度降低的原因之一。