钢结构十字形节点固有应变的

第1章课题的研究历史与现状1.1课题研究背景20世纪40年代，前苏联的奥凯尔勃洛姆就对焊接变形与应力的起因和分类进行了研究，建立了确定焊接变形和应力的理论方法。但是焊接涉及的诸多现象和参数都是瞬时、不均匀分布和强烈非线性的，因而无法对焊接过程给出精确描述。早期的研究都进行了很大程度的简化，以温度场为基础，对材料、几何和工艺参数进行一定假设，在特定的条件下进行分析，并通过试验对理论分析的结果进行修正。多年来，国内外学者和专家对焊接变形与应力进行了大量的研究。特别是近年来随着数值方法和计算机技术的发展，许多原来难以解决的问题有了实现的可能，也取得了不少研究成果。从最初的解析法，到现在常用的热弹塑性法、固有应变法，都离不开计算机和有限元理论的发展。理论上对焊接过程进行有限元分析可以采用更复杂的理论和模型，并考虑多种过程的耦合效应，其中所涉及的参数也可更加接近生产实际，从而分析复杂的焊接结构和动态的焊接过程，得到相当精确的数值解。对焊接变形的控制也取得了较大的进展，尽管实际生产中仍以经验性的工艺措施为主，但是已经出现了一些理论性的研究，并且取得了较为精确的数值模拟成果。1.2焊接变形预测焊接中常用的电弧焊是一个不均匀的、以一定速度移动的加热和冷却过程。在此过程中，在不同的瞬时，有些点有着不同的温度分布，既不同的焊接热循环。这种情况使物体产生热胀冷缩这一简单的物理现象，在被焊的结构中，产生了复杂的热力学过程:在构件截面是出现了弹性区、弹塑性区、塑性区。由于在加热过程中有塑性的压缩变形，因此在焊接过程终了温度恢复到原来的温度时，结构中产生了焊接应力，同时结构也发生了畸变，即焊接变形。早在20世纪20年代，有限元方法就开始用于预测焊接变形。有限元理论经过了50年特别是近30年的发展，它的基本理论和方法已经比较成熟，成为当今工程技术领域中应用最为广泛，成效最为显著的数值分析方法。在焊接领域中，有限元方法不仅可以用来预测焊接变形，还可以用于模拟焊接温度场、焊接残余应力和影响区组织等的预测。以下是常用的几种分析焊接变形的有限元理论：1.2.1热弹塑性有限元理论这是应用最为广泛的焊接过程计算方法，涵盖了焊接过程的各个方面。包括不同的焊接类型、焊接材料和接头形式，既用于对焊接变形的分析，也用于分析残余应力、裂纹、疲劳和断裂等。分析中的热源通常简化为点、线、面热源。常用的热源类型有高斯函数、半球状分布函数、椭球形分布函数、双椭球形分布函数等。材料的热物理性能参数都设为温度的函数，具体的函数关系由试验确定。热弹塑性有限元分析的缺点是运算量很大，特别是对大型构件和复杂结构，有些即使能够分析也很不经济，有些则不得不采用其他的简化方法。1.2.2考虑相变与各种耦合效应的有限元理论[6]等在焊接应变场分析的总应变率中计入了相变应变率。提出了一个改进的点焊有限元模型，综合了传热、电场、热弹塑性、接触、相变等特征以及各特征的相互作用，并进行了试验验证，得到了与实际非常吻合的结果。1.2.3粘弹塑性有限元理论HANied[6]采用粘塑性以及对应变率敏感的材料模型建立了有限元方程，根据Prandtl2Reuss流动法则和VonMises屈服条件建立了粘弹塑性有限元方程，用于计算奥氏体钢的焊接热应力和变形，所得结果与试验吻合很好。YUeda导出了指数和幂函数蠕变应变率下粘弹塑性有限元分析的各个表达式。如果考虑蠕变现象，采用热粘弹塑性有限元方法，提出一个评价局部焊后热处理效果的直接方法，研究表明蠕变行为对局部焊后热处理过程中的热应力产生有着重要的影响。1.2.4残余塑性应变有限元理论焊接时焊缝及其附近材料的热膨胀受到附近低温材料拘束，产生大量的压缩塑性应变，冷却后形成残余塑性应变，其大小和分布决定了最终的残余应力和变形。因此如果知道了残余塑变的大小和分布，就可以通过一次弹性分析求得整个构件的焊接应力和变形。问题的关键是如何确定残余塑变。在残余塑变法的基础上发展的固有应变法，其最大的优点在于可以避开运算量极大的热弹塑性分析。近年来上海交通大学的汪建华教授运用该方法进行了大量的研究工作，取得了丰硕的成果。1.2.5利用相似理论票运用相似理论隐可以将模型试聪验和数值模拟肃方法结合起来揉，按照相似关响系对焊接构件佛进行一定转换张，减小复杂性此后再进行数值凉计算总。赚清华大学的扭蔡志鹏具教授熄等研究了相似酒理论在焊接温袭度场、应力应推变场以及预测恰焊接变形等方剩面的应用袄。梨推导了温度场嘱和高斯热源的务相似准则，并鱼得到模型与实桌际构件焊接残地余变形的相似著关系式留。蹄在实际生产中垫，因为受到焊门接条件的限制杀，模型与实物柄间的相似准则箭很难同时满足怒，而且对二者肤之间准确的对村应关系还缺乏窝足够的研究，专因此应用受到油很大限制厚。章莲欺扒人工神经网络峰理论代大连理工大学夹的址刘黎明躲[22]借等采躁用祥B贪P伶网络研究了军杏用船舶高强钢鲜手工焊接过程济中焊接变形的傲规律。所用网斥络焰为大4×6×2艘头三层结构，输琴入层添有蜜4己个节点，分别如代表焊接电流肉、板材厚度、额焊接顺序和焊腊脚尺寸，中间旁层有弦6若个节点，输出湿层有铺2贴个节点，分别旷代表钢结构的杏凹、凸最大变铁形。使候用廊4洗5乓组数据，经贴过党5酸0锡万次以上训练泊后，网络趋于眠稳定。随后进服行了试验验证沿，佣表明所建立网汉络的可行性烤。誉1.期3怀焊接变形产生腊的原因及影响使因素捏影响焊接变形勇的主要因素唯[23]衬有焊接热输入弯量，焊接件板裂厚，熔深形状猎及拘束条件等赶。大型焊接结方构在组装中的船变形还受焊接塘件之间产生的雕间隙、错边及酬焊接顺序等因戒素的影响。在按多层焊中，焊询接变形还受到样焊道顺序，预倘热温度及层间掩温度等因素的抹影响。益影响焊接变形蛋的因素很多，播可以综述为以埋下几个方面：取1冒、焊缝在结构需中的位置振。箩焊缝在结购中劝布置的不对称滴，是造成焊接甲结构弯曲变形巡的主要因素。劳2映、焊接结构的回刚性和几何尺掘寸允。剂3扎、焊接结构的哈装配顺序圣。换4非、影响焊接变贱形的因素还包担括焊接工艺耕、岛焊接方法税和沾材料特性等。红1.4痒奴课题当前研究瞎中存在的问题径醒锹佳焊接变形数值苗模拟熔目前在焊接变注形数值模拟中漏还存在几个主吊要的问题狭[4]丧：播1觉、材料的热物多理性数据不足误。许多材料的平热物理性质数较据在高温特别兴是在接近熔化什态时还是空白疼，某些材料仅化有室温数据，勉这就给非线性悉计算带来了困串难。嚷2柳、热源分布参蜂数的确定。电嘴弧热流通常采葬用高斯分布的瑞形式追，芹A.Gold抹a猫k场则提出了一个兽双椭球的模型锋。此外对于角笔焊缝、坡口焊肯缝、铜多层荡焊缝等的热源绸分布形式也须旅进一步地研究例。壶3商、焊接热源热晃效率和有效半膨径的选取。电曾弧的有效加热传半径及热量分涌布形式与焊接悦方法和参数有疮关，其选取也越是提高计算精染度的问题之一圈。目前这方面拴的资料比较分剩散，出入较大割，须根据实际五焊接情况慎重跨选择。傅4三、焊接熔池的亿处理。焊接热瞒传导分析一般链基于固体导热妻微分方程，没丙有考虑焊接熔穿池内部液态金做属的对流传热谈特点。通常这市种方法对于焊储接冶金分析以述及焊接力学行恰为的分析已经泼有一定的精度彩。但如果需要朝精确地研究熔晒池的形状和尺胜寸以及内部的权热传导过程，量那么必须进行栗焊接熔池中流春体力学状态的心分析。临田沈缓焊接力学模型买如何精确的反龄映真实的结构挡特性是科学预榨测变形的关键妇之一。焊接模召型的建立除了滩考虑精确的因吩素外，经济性骨也是不容忽视损的。田Masubu买ch鸣[4]轨指出蚂，鲁虽然有限元技司术能够模拟焊乎接工艺中的大群部分过程，但每是在研究实际犯结构焊接残余巾应力和变形时雹仍然存在着许热多缺点妄。烛Painte奋r阶等指出存，哗通常使用数值类模拟的目的是逗过程模拟和过建程理解，然而惩这两个不同的辅研究目标也影宏响了整个的模赚拟的战略典型珠过程，模拟趋羡向于迅速、交幸互和大约的方或法，过程理解絮则要求复制整花个过程的物理州现象，后一过倘程的时间、成把本和复杂程度座多于前者。在价船舶制造、航歼空航天和车辆寿制造中存在大过量结构复杂和孟尺寸较大的焊窗接构件，采用撑热弹塑性法时搂为保证计算精春度和迭代的收公敛性，需要对舰网格的划分和膏时间步长的选针取进行最优化辟设计没，对于大型复垮杂结构，计算赢用时和数据处怠理量的大大增辆加对计算机的姓速度和容量也耀提出了更高的尾要求，往往超偿出了实际能够匹承受的程度，步因而在实际结庭构分析中并不液实用。件例如例[8]拆：一个封900mm惯长的研T迅型梁焊接结构涉划分毫为早700犹0辽个跳单元时筋用块ANSY塔S员软件进行热弹宫塑性分析，当售计算步长先为剑0.抓1栏秒时，整个热骆分析和结构分等析需务要南240鹿小时录的计算时间号，惧而对于更大尺投寸和采用更抹小仇单元的焊接结仍构进行分析将辫需要更多的计集算时间。因此仆焊接预测方法厉的选择不仅要烛考虑计算精度滥，而且也要考财虑运算时间和送模拟的复杂程瞒度。基于现有盗的计算机硬件随条件，如何对辆模型优化设计垂也是一个重要孤的研究方向。莫为此，面向工蕉程应用的焊接烈力学模型逐渐绳被一些研究者使重视起来。趣本文采取了多蚊种措施，包括聚分层网格稀疏萝化，步长加大休等，最终计算碗过程持续谣了宪6订小时什。渗1.5驱科国内外研究成负果吧近二十年来，泪国内外在焊接端数值模拟领域捏取得了许多的岗成果。国际上裳有，大阪大学帆的上田辛雄肥[5]亭教授在焊接热否弹塑性理论方轿面的丰硕成果魂，并创建盟了膏“缺计算焊接力肠学益”抛的新兴学科。测美革国群MI弦T涝的处K.Masu全buch岛i粱教授在焊接残活余应力和变形铃以及焊接结构采分析方面有深戚入的研究。日亦本处的牵A.Mats心unaw四a连和侦M.Ushi软o翻教授在焊接熔宣池和电弧物理插方面有深入分叔析。圆国聪内在焊接传热约、热弹塑性应全力分析、辅助芳热源影响焊缝斑应变规律的数乌值分析、组织敞性能预测和氢浇扩散方面进行膀了许多的研究液。惨今后焊接发展兼要考虑以下新冶的研究方向：渔先进的新型材策料的连接问题燃，这种先进材峰料不是常规冶往金方法生产，童而是用特殊工医艺制造，如急肺冷非平衡合金森的非晶态材料帽、纳米材料、躬金属间化合物旨、工程陶瓷以里及复合材料等血。上述材料不柴能用熔焊方法开，而需要用特激殊连接方法解念决，这要求坟技术碰创新，难度很树大，有很多科桃研工作要做吵；套另一方面，现场有的蚁焊接慰变形的控制方象法多是被动式权的，也就是在要出现变形以后仪再想办法消除碑。因此，发展僚焊接过程的检瞎测技术骗、牛开展对焊接过痰程的实时监控坡，对焊接变形苏实施主动控制拴是一个重要的泻研究滑方向。属目前在单元开巩发技术、网格咸划分技术、并丑行计算和分布阀式并行处理方唇面的研究也是判一个热点。萌1.6扬膀本论文的主要熟工作继本文主要是采怀用助ANSYS密10.0崭软件，建立热掠弹塑性有限元赵模型，采用固睡有应变理论来垄预测钢结构十隙字形节点的固志有应变客。凭以此来验证软舟件和理论的有放效性。怎所做的具体工渐作有：富1春、查阅热弹塑租性有限元法及音固有应变法资务料，学习热力师学知识。如2寄、学习矩阵位滤移法及有限元亲程拌序戚ANSY言S壮。洞3罢、通过有限元梦的方法对钢结及构十字形节点笋的三维温度场炎进行模拟分析腐得到其温公度场分布责。损4办、根据温度分侍布计算焊接记热应力何。彼5椒、喜计算得到最终应的焊接变形惰。普6腔、计算固有应旺力。坐7防、与同类坡研究艘作比较，找出帅相同和不同之峰处并做小结。装1.7亲送本章小结膛研究固有应变让的最终目的是善为了柴预测说焊接变形滔、热控制变形，将矿其尽量减少甚你至完全消除。汪从目前的情况勇以及发展的趋兼势来看停，愁仅靠经验型的慰变形西控制方法是无庆法满足生产需逝要的，只有进捷行深入和系统列性的理论研究驼，才能有根本夕的改观归。限数值模拟在焊策接领域的运用沈，为解决焊接挎残余应力和变携形这一难题带括来了新思路和骨新方法。已有的的研究成果使盲我们对复杂的疫焊接变形规律望和本质有了进盈一步深入的视认识垮。随着计算机恩硬件环境的不辜断提高示、软件技术和追数值模拟方法你的改进、匪大型复杂结构恢焊接残余应力景和变形的数值痒模拟技术全面幻运用于实际生舅产，纵并用来指导设啦计，制定最优庙焊接工艺的愿贱望在不久的将萝来定会得以实餐现。柄第住2撇章讯牢荣热弹塑性有限失元理论栏2.1委弊斯热弹塑性有限挤元法概述受图普架有限元法介绍亦把物理结构分份割成不同大小培、不同类型的女区域，这些区带域就称为单元获。根据不同分节析究方法悄，推导出每一姿个单肌元雨的作用力方程亮，组集成整个坛结构的系统方蚀程，最后求解啄该系统方程，蛮就是有限元法江。简单地说，脸这撑有限元法是一挂种离散化的数饶值方法。离散输后的单元与单妥元间只通过节牵点相联系，所昏有力和位移都教通过节点进行欧计算。对每个乏单元，选取适融当的插值函数晒，使得该函数折在子域内部、兽自语分界面上觉以及子域与外床界分界面上都饥满足一定的条声件仪，裕然后把所有单暖元的方程组合女起来，就得到陵了整个结构的革方程。求解该驱方程，就可以孟得到结构的近驰似解。庭离散化是有限近元方法的基础润。必须依据结曲构的实际情况丙，决定单元的求类型、数目、熔形状、大小以项及排列方式。乒这样做的目的粒是将结构分割警成足够小的单捷元，使得简单咳位移模型能够胖足够近似地表钥示精确解。同搁时匙又不能太小，瓦否则计算量很嫌大。从刻无功有限元分析的哥步骤饮有限元分析的逮主要步骤环[24]帅如下：梦1悟、桨连续体的离散辞化。将给定的司物理系统分割捡成等价的有限会单元系统。一密维结构的有限晶单元为线段，经二维连续体的魔有限单元为三尺角形、四边形得，三维连续体叮的有限单元可之以是四面体、哭长方体或六面差体。各种类型烂的单元有其不车同的优缺点。阶根据实际应用枕，发展出了更学多的单元，最云典型的区分就聚是有无中节点浊。应用时必须杯决定单元的跃和排列方式，桐以便能够合理挪有效地表示给寨定的物理系统头。烟2把、厌选择位移模型宗。假设的位移梅函数或模型只早是近似地表示剥了真实位移分状布戚。通常假设位逐移函数为多项躁式，最简单情屯况为线性多项践式。实际中俘没有一种多项恢式能够与实际勇位移完全一致拐。用户所要做管的是选择多项坚式的阶次，以托使其在可以承伏受的计算时间匙内达到足够的晕精度。此外，减还需要选择表哲示位移大小的穷参数，它们通为常是节点的位挨移，但也可能形包括密节点位移的导负数。嘉3缠、裹用变分原理推订导单元刚度矩真阵。单元刚度副矩阵是根据最途小位能原理或慌者其它原理，受由单元材料和捆几何性质导出刃的平衡方程系嫂数构成的。痛单娇元刚度矩阵将纺节点位移和节富点力联系起来味，物体受到的寺分布力变换为非节点处的等价挠集中力。刚度驳矩阵览、震节点力向量脾和节点位移向指量向的平衡关系表偏示为线性代数知方程组应：丹4中、软集合整个离散贤化连续体的代穗数方程灿。融也就是把各个巧单元的刚度矩中阵集合成整个怠连续体的刚度稼矩阵，把各个改单元的节点力混矢量集合为总惨的力和载荷矢冶量。银集合的绕原则是要求节介点能互相连接酱，即要求所有昏与某节点相关桥联的单元在该元节点处的位移兽相同。但是最挺近研究表明返，浩该原则在某些皮情况下并不是栽必需的零。辱总刚度矩阵昂、挂总载荷向量矿以及整个物体盼的节点位移向兼量破之间构成整体钥平衡车，样其联立方程为康：跳。骑这样得出物理姿系统的逮基本方程后，罩还需要考虑其方边界条件或初依始条件，才能晓够使伏整个方程封闭紧。骨5庄、贷求解位移矢量义。毒即求解上述代硬数方程鸽。这种方程可贴能简单，也可夏能很复杂，比猫如拖非线性问题，昼在求解的每一种步都要修正刚银度和载荷矢量记。怒6喘、虹由节点位移计仆算出单元的应象力和应变慈。纳视具体情况可联能还需要计算尝出其它一些导宫出量裕。啄乎蔽袍A普NSY桌S帽软件蹲ANSY魄S塔软件是美悼国己ANSY屑S爸公司研制的大丢型通用有限元领分析软件。能都够进行包括结键构、热、声、挣流体、电磁场括等科学的研究贴。在核工业、愈铁道、石油化恢工、航空航天窃、机械制造、差能源、汽车交饺通、国防军工丰、电子、土木近工程、造船、菊生物医学、轻缴工、地矿、水歼利、日用家电竿等领域有着广刻泛的应用绢[3映]嘴。澡ANSY姿S屯包坟括肢10尼0蔽多个单元，提卫供了对各种物估理场量的分析暴功能首。距ANSY逢S倾的设计优化功赏能允许优化任村何方面的设计今变量和约束变挺量，如形状、剩应力、自然频匙率、重量、费差用、温度、磁鸡势、压力、速码度或离散量等暗，可进行参数引、形状、拓扑涌优化。订显深乳A与NSY他S惩软件结构着软件主要包括斧三个部舒分肺:贯前处理模块脱，工分析计算模块天和后处理模块握。前处理模块傻提供了一个强渔大的实体建模元及网格划分工弊具，用户可以族方便颈地尾建立队有限元模型铺；造分析计算模块眼包括结构分析招、流体动力学腔分析、电磁场谢分析、声场分愉析、压电分析龟以及多物理场稠的藕合分析，义可模拟多种物悼理介质的相互牲作用，具有灵双敏度分析及优早化分析能力能；阀后处理模块可必将计算结果以植彩色等值线显递示、梯度显示刻、矢量显示、三粒子流迹显示预、立体切污片尸显示、透明及束半透明显示等产图形方式显示资出来，也可将躺计算结果以图铅表、曲线形式戚显示或输出。化2.2悉乱者热弹塑性禁有限元衬分析诊的暖基本关系跌地构筋应力应变关系纵热弹塑性分析璃包括如下四个易基本关系：反1腾、应鸟变谱—鄙位移关系（相挽容性条件）战2沉、应每力敲—俭应变关系（本宇构关系）3、平衡条件革4沃、相应边界条梁件泊在胡焊接兄热弹塑性分析威时卫通常毁有如下假定：选材料的屈服服衔从米塞斯屈服指准则统、则塑性区内的行菊为服从流变法皮则并显示出应定变硬化仗、候弹性应变、塑控性应变与温度穴应变是可分的梳和冈与温度有关的介机械性能、应率力应变在微小缩的时间增量内设线性变化。钞跌教梢平衡方程膨材料处于弹性硬或塑性状态的切应力应变关系唉为：筛由软搞为欢膊采慎药删松必(茫2图-1谜)补式中挠：鼠D夸为弹性或弹塑忆性矩阵具；暖C杀为与温度有关纹的向量。揪在弹性区兔：劈D=De劣窑狱杨粒谱引估啦或距(造2-2)准式中：谁呈为线性膨胀系浆数揭；雄T宽为温度。霜在塑性区，设晕材料屈服条件态为：穷掏矮牧筛夕蚂候蝇驻延(2帮-争3)喝式中：莲为屈服函数，码为与温度和塑沿性应变有关的跌屈服应力的函遇数。根据塑性顺流动法则，塑配性应变增量预可表示为：顶夸馋祝福浇航企父茎颂防别制役(检2猛-宗4)戚此时，护佣淘从瓜顺默(2伯-肺5)望线丰佩泄估漂慨睡(2-6)少塑性区的卸载污由策值判别，芹<0财时为卸载过程涌。课考虑结构的某奖一单元，有如愧下平衡方程揭停览车闪明电叹宰薄飘掠(2-7吐)对式中：愁为单元节点上传力的增量；投为温度引起的誓单元初应变等必效节点力增量段；屠为节点位移增胡量，寿为单元刚度矩条阵壮溜暑咏鞋尊栏刷些贸泳日去思(生2-8)猎恰线固丰糖躲女稼翼删氏壮(魂2-9)础式中节：乔B新为联系单元中稠应变向量与节肌点位移向量的盗矩阵。根据单估元处于弹性或抽塑性区，分别塘用宵、疏或拉、慢代替上式中的佣D今、理C唇，形成单元刚撤度矩阵和等效公节点荷载，然飞后用集成总刚羊度矩阵愁K游，喉总荷载向量糟，求得整个构按件的平衡方程罢组翻卫靠绕稿采摇梦筛号匀(2门-1付0)均其中哲：爽，多。考虑到焊接流过程一般无外蔬力作用，环绕弹每个节点的单暮元相应节点的纸力是自相平衡推的力系，即可立取朴，故有渣。宁言雹是求解过程好热弹塑性应力古有限元分析的钻求解过程是：陕首先把构件划坡分为有限个单寒元，然后逐步雀加上温度增量沙（焊接时的温贩度场预先算出盈）。每次温度河增量加上后，肾由式碎(胞2-7)慈可求得各节点少的位移增量鲜。每个单元内逐的应变增量筒和单元节点位堵移增量缠的关系为：闹买疗消搞写蹈护轿胞肾割贯竞(玩2盯-1档1)今再根据式酱(盗2-1)躁的应力应变关愈系，可以求得忧各个单元的应饱力增量叔。这样就可以绝了解整个焊接挣过程中动态应争力应变的变化驰过程和最终的令残余应力和变誉形的状态。俘2.3持拉殿提高计算精度弄和稳定性的若你干途径搂焊接时的局部国温度槽超过熔点，材吐料性能随温度员剧烈变化。由艘于热源的移动捧，整个构件的死温度、应力应木变随时间和空酬间急剧的变化急，同一时刻存阀在加热和冷却鼻，加载和卸载准的现象。此外届还需要对焊接浆坡口、填充金狭属和多层焊做巷特殊处理。因详此焊接问题包臣含着高温塑性狂、材料性能随三温度急剧变化冠和大变形等高导度非线性等竿影响橡因素。滤为沿尽可能荐得到晨较高窗的计算精度和坡保证解的收敛樱，可溪利用如下悉解决措施冲[4]堂：颈1忙、错采用稳定可靠卖的计算方法，悼保证焊接温度差场的计算精度颜。本文计算计鸟算程序的编写哲注重循环的合我理和简洁，经葵过多次运用小凳模型的焊接模馒型的运算后，织程序稳定，改负参数后可运用争到大模型的焊容接预测。忙2围、肯采用修正的弹雀性到塑性的加浑权系数。努单元在某一时止刻从弹性阶段男过渡到塑性阶艘段时引入加权瑞系数观，并把该阶段秘分为弹性阶段发和塑性阶段两界个部分。当考瘦虑到屈服应力框随温度变化时劲，不能采用一绕般常温弹塑性费问题的加权系梯数，而必须加题以修正。此时起可导出修正的芬加权系数为：电划术柔镜涂竟陷植(2检-1贩2)饱式中：杨、蚁分别为前一时唉刻的等效应力增和屈服应力冒；浴、尺分别为当前时惜刻的等效应力舟和屈服应力。缸3舟、镰材料在高温时聪的处理坑。亦在十分高温的插阶段往往缺乏饲材料功准确汁的实验数据，丙此时常假定材贤料的弹性模量诸和屈服应力数起值均很小榴，如本课题在仆研究的时候遇衬到过这种问题窜，园在男2000盆时设置一个近暂似渗于光1000慕M蜓P喜a鸣的誉弹性模量猪值，但是求解稼的过程却很长心，经老师指点猎后改为一个数越值信为会10卸M翻P假a迟后求解过程没滑有出现问题姻。然而，如果河假设步匹配，费可能产生卸载蹈时应力反而增夜大的不合理现俊象。为防止该狠现象，可考虑块弹性模量随温友度改变而导致迈的应力变化小夸于热膨胀引起泡的变化，即咱晨淋赖芒泼争些绩郑秒葵（麻2-1闸3饶）根4公、值合理的计算步赔长和网格划分裙。蚀计算时的温度汽步长原不能太长，通础常应控制狭在宾10勤以下。网格划瞧分应考虑到焊依接接头处较细闪，焊缝远处较裹粗的原则，以岗适应温度和应挥力的计算精度换，同时兼顾到锦计算机的容量计。潮本试验模型采房用的是两种划刚划分尺寸，热删源核心部位的倚划分采用的是惊边长担1mm钓的单元网格，贪其他部位采用灵的是骆4mm炼和弟8mm然的网格，划分留时不采用自由托网格过度，远羊端计算机自动欧识别划分为草1迟mm劳×睬4mm箱和童4mm凤×蔑8mm小大小的单元，扇这样便可使的廉单元顺利衔接钥。这样既保证讨了必要的精度译又方便划分，遵同时也节省计泼算时间。测5载、采用缩减积赤分法防仰止处“翠闭押锁溉”组现象。头三维块体单元锐用于某些较薄竟且承受弯矩的项地方，会引起共所谓勒的流“览闭油锁自”抚现象。此时由盈于对刚度的过弹分估计，使计很算所得变形偏贞小。为防止该汁现象，可采用她缩减积分法。译2.4秃妻逆本章小结遗本章主要对有福限元法进行了语简述，给出了预分析思路和基葱本的理论秃第宗3稻章叼炎西固有应变法的耐理论基础罩3.1乒柱披固有应变的概宿念晌焊接过程中焊紧缝附近的热输姑入使焊接区域隶发生热收缩、更热膨胀，当引玩发的应力超过龄弹性极限时，席会产生塑性应颤变。当焊接完而毕，构件完全桐冷却后，最终郊的残余塑性应阻变等于温度上疗升时产生的压绸缩性塑性应变掉与温度下降时碎产生的拉伸性荡塑性应变的和觉，绵这就是焊接固牺有应变。袋固有应变首先插是日本学者提哪出和应用的概妖念。焊接问题沙的固有应变是裹塑性应变、温隔度应变和相变差应变三者之和朵。焊接构件经冠过一次焊接热菠循环后温度应歪变为零恳。消考虑到焊接的疗实际情况绕，牙焊件局部加热障到很高温度度时，凳周围温度较低神的部位不能自抱由伸长们，肝对加热部分的垦热膨胀产生约扒束作用重，航致使焊缝及其森附近的高温区蹲累积了压缩塑摔性变形。此外强可以认为固有符应变仅存在于格焊缝及其附近酿。固有应变是把产生残余应力涝和焊接裂纹的况原因。若已知出固有应侧变驼,歼也独可通过拆热弹塑性有限续元且弹性分析计算仔出残余应力和嘱变形。驼3.2狭兔紧焊接固有应变弟的确定洪扎砌赞固有应变的表牌达式体在力学分析中腊，一般应力应秆变都有六个分网量。在焊接过告程中，焊件中蔑任何一点的总役应趟变白(邮即变形应巡变蒜)怎由弹性应变械、塑性应变江、热应变杜和相变应变牲组成，即党底亚奋伯钳拍厨助(植3艳-1落)戏定义固有应变敲为塑性应变、粉热应变和相变宇应变之和，陈即渠至励码佳荒猴备巴叶布昆(道3霞-纺2)县于是滔有孙柔乘势岔占竞斩烛稍猫曲驻荷(截3悬-沟3)心于是引起的弹橡性应变为利腰亏腥竹俩享米虚怎(弦3始-惰4)炒怀礼汗固有应变的分辫类突固有应变可分注为纵向固有应搁变、横向固有权应变握和角变形固有史应变沃。焊接区域内马某点的固有应立变在板件的长侨厚比很大的情问况下，纵向固爪有应变和横向泳固有应变最大肠，起到决定性奔作用。这两违种固有应变导郊致了常见的焊法接变形：纵向券收缩、横向收顺缩和角变形畜。孤学纷半焊接纵向应变洽用一梁的单位华纵向变形为例窄。如果已知单姻位长度上纵向窜残余塑变早的总和客，则有辜环叔欺组团走屯驶涨胡(域3碗-雁5)宣蒸锣柜认址杂(恩3壁-雁6)惜敏很击摆燃螺(污3-7)出式中：住为纵向单位收柔缩；外为曲率；枣为弯曲挠度；姐为梁的截面积湿；或为截面惯性矩更；哥为烦中心到截面中键心的距离。拳图主3.1稼择单位纵向变形爸辰华敢焊接横向应变帆用一平板表面庆堆焊的横向变茶形为例。如果谊已知单位长度妥上横向残余塑迈变口的总和（又称缝横向收缩单位奸体积）它，按则有倒葡靠暖渔插旁姥设袍战(厅3移-部8)堵革惹局枝希誉处杯毁(劫3扰-惭9)疤观茫奏秒张废俯沿裳腥隐(珠3如-1苍0)佩足旦矛棚仇膜体怀肃同(逝3病-1皆1)拴式中：拦为平均横向缩蚀短；赤为弯曲角；萍为领的偏心距；径为板厚。气图缴3.2螺表面堆焊时的纪横向变形嘉齿籍季角变形兔由于焊缝的横区向固有应变的胳作用使焊缝产脸生一定的转角副，也就是角变蜓形。如下图所乳示。例如对慈的板材角变形辞由预测变形带增加到廊。握图器3.3阁免焊接劈角变形示意图恐3.3女旷价Tendon窗Force推Tendon挽Forc概e羊是杨Whit茅e纱于飞198缝0牢年提出的概念乌，其定义为纵必向固有应变原的积分值乘以酒材料室温时的住弹性模北量遣E漏，孝即喝茅茎密戒阶运么掉杂国圾(宇3幻-1灌2)获式中：群Tendon音Force傲，匹可以看到它的旋概念与前面提耻到的纵向固有杯应变的总和谈是一致的，只译是乘上了材料悄室温时的弹性恨模资量址E针，可以理解为双室温时引起工冬件纵向焊接变衡形的纵向收缩帝力。在一些实匠验分析基础上从得津到忍Tendon叉Forc撕e材与焊接线能量竭的如下公式：气勇伪忧立侨掏哲恰谣(摧3爸-1效3)寒式中：载Ten钩donFo绘rc存e敌，密为泪焊接线能量。蝶可以看到焊接炒线能量要超过侮285.6J权/cm观这个门槛值才孙会引屠起魔Tendon央Forc摧e宣。将公式除以展弹性模使量战E磁（取低碳钢室证温值扎），同样可以扰得到纵向固有宪应变的总和赖与焊接线能量症的关系：蹈芹辈储异移戚胶剪(科3吩-1恼4)电同时由于实际舌生产中，焊接袖线能量都较大件，远远超过所滥谓门槛值，因齐此由膊热节胡与腐3.季3铜节的计算结果希是十分接近的奶。面3.4帅裹尼固有应变法的苏计算与应用索在羡ANSY仗S离中，由于固有宴应变不能直接凉作为荷载赋予摘焊缝及其附近写的单元，但软妈件提供的各向旱异性的热膨胀化系数功能使焊毕缝在纵向和横强向的不同收缩宜得以实现免。因此可以利丧用软件提供的贫各向异性的热于膨胀系数和单化位温度尾荷载来实现应南变的施加。根众据给定单位温凶度荷载，热膨建胀系数的渴数值胸即非可求得锄应变的数值：绿势宋驼哪座肃幸粗彻(啊3背-1垦5)惯以长宽高分别距为岸500mm葵、瑞60mm亡和瓶50mm盗，厚度为封5mm湿的嫌T桐型梁为抢例苗，施加两道角寻焊缝，对于该懂模型用固有应唱变法分析焊接韵变形。首先昂将遣T萌型梁简化为弹世性板单元有限仙元模型。在焊辰缝附近的单元率中施加大小等京于固有应变的番初始应变，经弯过一次简单的亦弹性板单元有傻限元计算就可系以得到焊接变露形。座3.5让持酷本章小结妥本章介绍了固地有应变的理论哈，为后面的分谎析做基础。榆第挽4洽章质纸缓十字形节点的贯计算实例连4.1将貌逆有限元研究方懂法综述语焊接过程的智数值龄模拟是一个高括度非线性的求甚解过程括，乎ANSYS衣提供了三种进穴行热力学分析稻的方法：担1贪、在结构应力跪分析中直接定墨义节点的温度2、间接法3、直接法黑本论文选取的攻是间接法，首攀先进行热分析春，然后将求得腹的节点温度作腾为体荷载施加要在结构应力分我析中。长这个过程分为妙加热和冷却两访个过程。亡对于大多数问体题，间接法可等以使用所有热辉分析的功能和鸦结构分析的功隔能。对焊接来搏讲，应力场和抵温度场是相互介耦合的，不过椅这种耦合效果延除个别特殊情福况外，一般都标很小，而且焊毙缝附近的温度鹿场变化很大，棍材料的各种物玉理性能也变化世很大，这种影贴响与上述耦合踢效应相比要大兵得多，所以采吧用间接法是比持较科学可行的搂。职结构分析采用歪的是非线性静件力屡[25]廉分析，唤因此对材料处筋理为与应变率拼无关的塑性，涛塑性应变假定末为瞬间建立。励在与率无关的产塑性理论中涉稼及三个准则：前屈服准则歌、匹流动准则和强穴化准则。坊本论文采用的斑是双线性随动失强化准则，它闷使用一个双线袄性来表示应力辫应变曲线，有侮两个斜率，弹挣性斜率和塑性顶斜率，需要输慈入的量有屈服伞强度和剪切模友量，本文定义醒了肝5袋条不同温度下弦的曲线。六4.2披典畅计算模型综述矩数诊集热源模型的基锣本特征迷对于焊接而言述，焊接热源是晕实现焊接过程驾的基本条件良。国由于焊接热源株的局部集中热拆输入，致使焊驰件存在十分不品均匀、不稳定里的温度场，进谢而导致焊接过黄程中和焊后出业现较大的焊接泄应力和变形。棕因此，焊接热谈源模型选取是救否适当，对焊全接温度场和应弹力变形的模拟续精度，特别是驰在靠近热源的弯地方，会有很筛大的影响。逢在焊接过程的候数值模拟研究找中，人们提出报了一系列的热合源计算模式珍。猛以下简要加以魄介绍勤：笋在用有限元求怕解时，原则上幕允许考虑任何尘复杂的情况，桥但实际宪经济上的约条件胀给予了限制累。韵所有模型共同终的一点是轰：蛋焊接熔池中复跟杂的热过程用使导热连续体中引的焊接热源加柏以近似。基于讽热传导基本公骄式的温度场计泉算需要一些反伯映材料的热物毒理性质的参数粪，谨包括导热系数捧，比热容，密冲度扰，劝综合考虑热对哭流和热辐射带谱来热损失的换极热系数等，这绒些系数是温度嫂场的特征值登。边在焊接过程中蚀这些特征值均灌随温度变化，念在研究温度场祸时应区分材料队的特征值随温块度变化的瞬时嫁值和在一定温烘度范围内的平萌均值腰，蓬前者更适合于船有限元求解，牧后者可供函数削解析求解。理糕祥者高斯函数分布配的热源模型浓焊接时，电弧逐热源把热能传恳给焊件是通过蒜一定的作用面坝积进行的，这杏个面积称为加或热斑点。加热耳斑点上热量分皇布是不均匀的仙，中心多而边否缘少。费里德贞曼将加热斑点蜜上热流密度的僚分布近似地用绝高斯数学模型俘来描述，如图斜4.料1坛。离热源中心献距蹈离次r祝地点的热量计乔算公式泻如下匹：挖全技假僻区落找新次弱(番4定-父1)促欣狂酿贡夫化咱(剪4修-瓦2)客器昏指谱旁题贱院筋拼(资4宣-艇3)各式中：拾为热源的有效早功率，亚为热源的集中者系数。盐表示圆形热源胸内某点佩到映中心的距离，盗也表示带状热努源内某点在横堵向茎到罩中心线的距离亮。热量分布的齐集中系数摔表明热源集中吃的程度，即高到斯分布曲线的钱宽度。直图捆4.1贤高斯热源热流咐密度分布简图喝本文是以十字趟形节点板角接迟焊为研究对象筒。输入热量模顶型利用了高斯乳模型。由于以蒜式庄(卧4崇-林1)禁描述的高斯分钟布曲线在无限俱远处趋近于零献，因此本文分瓜析过程假设焊万接热量的扔75陶%帮集中在有效半演径的圆形区域趋内。必集中系数配一般可由式逃(美4兵-两4沸)扯求出。型略爱悠各剩臭辛博聋傲(葛4针-关4)萍本论文为简便观计算时电弧集照中系数和径有效半径极根据参考文歇献射[15还]秒进行选取的。愚有效半径怒取为桐7mm匀，电弧热效率托取财为满0.75设。塑问谎糊选用高斯函数仰分布的热源模沈型的意义恼采用有限元和绳有限差分法，纹应用高斯分布旷的表面热源分罗布函数计算，听可以引入材料菊性能的非线性甘，可进一步提贴高高温区的准朗确性，但仍未粒考虑电弧挺度皱对熔池的影响只。对于通常的借焊接方法如手掘工电弧焊、钨验极氢弧焊，采嚷用高斯分布的荷函数可以得到拉较满意的结果忍，一般符合工财程应用需求。渗粱济馋十字形节点模设型尺寸易选取如图肃4.2挺所示的加衔劲喝板结构，沿升X三轴焊接加存劲周板。采用简化敏的对称模型种。旱这种简化需要恢明确的是焊射前销的构件是对称尽的，基于这样垒的假定意味着才焊缝材料是同脖时加上去的，傲即十字形节点三板的四条焊缝士同时施凡焊。由于结构掀的对称，可以剪取构件耐的艰1/咱4钻模型来研究。哗图显4.3典是有限元模型灯，由母材面板仇和加桃劲浪板组成歌。踪应矛用掘ANSY咐S阁分析时采用的遣单元是八节点甘六面体炭的浩单元心，网格划分触采用的是候、池和驰三种规格尺术寸。吩采用球映射网格划分暂方式哗，由内到外逐办渐稀疏。叉图扇4.2狐几何模型察图羞4.3唇旱有限元模型奏本论文采用的晓模型数据扩为：面板尺寸驱为拉，加漆劲茅板尺寸为易焊件材料为沿钢，焊接方法荣为埋弧自动焊吉。钳焊接规范为：更电流商180咱，明电压翻20彼，热源热效中率索0.75窃，焊速朴，四边焊缝同富时施焊。书因为考虑到建堡模的原因，采鄙用统一的单位踢有喊、悉、紧和解，将收集到的秋数据按一定比渗例转换到以这煌几个单位为基浅准的数值，见挠下耍表拌4.日1挠。在本文的写哀作过程中，单圾位的换算逐渐击被重视起来，辟针对一些论文末上的单位出入帮，本文集中给非出了换算后的磁单位。模霜块照材料特性打进行焊接温度士场的分析必须候要确定的热物虹理性能参数有德导热系数、对疲流换热系数、跳密度、比热容前以及焊件的初宜始温度。而对港应力场的分析守必须还要定义毒的参数有泊松济比、弹性模量红、线膨胀系数扬和屈服强度。河疑恶漆边界条件搅焊接过程的边谣界条件包括温响度场分析的边殃界条件和应力德应变分析的边买界条件。本论废文采用的边界讨条件是在节点顾上施加约束，准选取了两个外漫侧面，分别选滨取两个面上所像有节点施加凑向和蜡向约束，再选知取字轴向上一点施持加版X此向约束，案使构件无整体谅刚性位移即可稻。为简便，忽训略了其它的边茄界条件润。储表趣4葬-是1肥16Mn刑钢随温度变化穗的部分物理参蛋数和力学参数诱温度必/撇℃钓房帜遇20戚500荐1000尖1500因2000直线膨胀系数班/坐℃第-1值1.26页E-倚5滑1.30姑E-伶5辽1.34E-白5道1.38少E-妨5爹1.42指E-魄5佳弹性模量鼠/犯认M孟Pa若2.1E5隆1.65E5种0.7E5墨0.05E5样10午屈服应力绑/早MPa阶235王120刃80昆10织10恢导热系数偏/碧kg.mm.蕉s波-1步.许℃具-1免4.7E3附4.0E3以3.0E3跪3.7E3况1.2E4煤比热容道/丹mm叨2艺.s可-2虎.候℃束4.7E7换6.5E7扩7.3E7冲8.1E7牙9.0E7台对流系数球/泛kg.mm.仪s韵-2喊.输℃净11昏泊松比们0.288春0.290米0.293粉0.300吗0.306荡密度巴/浙kg.mm磨-3号7850E-驻9斯4.3碗园APDL也A桂参数化程序设若计煎用来预测焊接台变形的方法应拿当能够考虑不碗同的焊接参数菊、不同的模型欢形状，并且能浊够反映出在装星配过程中的形码状变化，同时艰由于预测变形未量和确定余量偿是个重复的分夏析过程，所以村在计算时间方敏面要有效率，胖还要能保证合枪理的精度。磨为此设计一套柿适合的程序是仓很必要的。邻焊接热源为正全态分布，室以共热流密度的形蹄式施加，焊件机表面离热原中瞧心为渔的某点的热流非密度按公英式脱(4-1狗)弊计算，对于焊押接热源的移动怠可以通蔽过衡ANSY夏S偿软件丹的钉APD丢L辟语言来实现。柳具体方法是：问沿焊接方向将劣焊缝长度债等分，将各点毛的后节点作为吐热源中心，每刻段加载后计算瓦，当进行下一坦段加载时，需粗消除上一段所酸加的热流密度倡，把上一次加魄载所计算得到约的各节点温度韵作为下一步计输算的初始条件薄，依次沿焊缝朴各点加载即可忽模拟热源的移笛动。除了电弧疲扫过的核心区笋域施加热流密怕度张外，其朴它墨表面为对流换为热面。毁用表参数数组率表示的整面热果流密度的加载臂算法流程如海图率4.9晚.君图耗4.9沈辱表参数数组表他示的热流加载如算法流程图屠4.4位炮唉有限元计算结磁果狮丑举柄温度场计算结厘果万如图乞4.10西所示，值在轨10着s雕时温度场的分腐布域比较狭小乓，主要是因为杆焊接的速度较伏快，怨传弊导热系数有限撇。督最高温度达而到抖2297胀，位于红色的订区域。债图喇4.10发王焊接冲1脏0友s渡时温度场分布苍图烘4.11磁焊脸接域30蒸s联时温度场分布灿如图歼4.11很所示，蚁在浩30吐s证时温度场的分龙布明显扩大，马焊接已经走过妈了抚180mm陕的距离，最高骂温度块达洽2298挪，比苗较划10扫s辈时的最高温度拿只上升螺了此1茄，此时的蓝色过区域虽较多，业但是表示的温旬度已快是已2273罢了，热量已经在扩散到了整个啊焊件，与实际紧是很接近的。宰图符4.12翻首焊炭接洋40此s惧时温度场分布酒图馋4.13众朽焊锡接谣90俘s醉时温度场分布标如图铺4.14浪，到翅了递180遣s雀时温度已经降滩低到羡了涉41孟，蓝色区域的区温度已耀达翠33格，温度梯度很膏小，整个构件饲可以近似看做杂温度均匀的，渗根据对流的特弦点，只要达到念一定的时间，疗焊件的温度场到分布是绝对均假衡的。拍图垂4.15箩X炸轴向节点温度骆时间历程街图碎如图细4.15穷，选取的租是耐X码轴向节点坐标虏为业50mm干,貌100mm鸟,浅150mm想和半200mm挖的掩A照、窗B公、唤C阁、种D染四个特征点记总录每个点的温午度随时间变化械的乘历程图五。足A孝、榆B素、鲁C袄依次滞后达到打1600双℃壮，灾D妹点只达到磨50尸℃缓左右，因逆为浆D您处于最右端，丹热量总是从左凳传来，不同院于尖A慰、工B献、搬C却点，热量可以机从左右传来，膏故存在一个秋比战D群点搞的极值温触度。棉魔沉单应力场计算结桥果抓应力场是焊接精分析中重要的轻一项，焊接应话力场的计算是掀一个涉及材料僻的弹塑性、非笋线性和其他许竿多因素影响的视复杂问题。在样钢结构的学习裹中，泽知道了拌受力构件由于日几何形状、外鸟形尺寸发生突许变而引起局部亡范围内员应力集中。由翠此推测焊接容矛易引起较大应盘力的区域。束图陕4.161严90谷s陪时的等效应力众云图性如蜜图寄4.1遵6善，缠1狗90秧s价时的等效应力苦场分布的区域镇较大，最大应们力达到谢了颈248MP妈a慢，红色区域分爱布较汁少。戴图滚4.172塞1牌0跌s访时的等效应力罪云图逗图丰4.182娱4括0娃s顽时的等效应力玉云腊图绒如不图本4.1幅7沙和浑图拨4.18渠，肌焊接应力迅速坛分布胀到了加劲板，泊而在面板上扩耀散的较踩慢。叔图摇4.192痕75衫s呜时的等效应力让云图傻从上面几幅图泄片可以看出，美等效应力的区朝域逐渐扩大漆，扮焊缝处和腹板毛边缘应力高度鸽集中，虽经过沟冷却但应力下挂降不多，具有材不可恢复性。绕图渣4.20醉X铸轴向节点等效逐应力时间历程钢图迎如图，选取的钻是扭X蚁轴向节点坐标武为放50mm协,黑100mm艘,更150mm鹰和斩200mm授的累A疮、国B展、惩C崖、夸D表四个特征点记踪录每个点的等皂效应力随时间踩变化的图表。道等效应力的离立散性较大，振洁荡幅度最佣大碎的均夺在呈200猫s购之前。址称寸文塑性应变计算萄结果射图隆4.21冲制等效塑性应变肚图戒4.22脾X陶轴向节点纵向低应变时间历程戒图由对于塑性应变舱，本文关心的掉是涌X痒轴向塑性应变虎，因为后面的硬纵向西收缩力的求解再依赖于它书。杂A巾点的应变峰值族高于其他点，卫从图中可以看跪出，远离约圾束驼部位挪的蜡应变量大于离调约束近的部位冰。臂栋驰啄变形计算结果凑图迈4.23双最终飘变形雨图炮图蒜4.23渡表示了焊接后爹的最终变形图今。从中可以看陈出，焊件的变币形有钳弯曲、歪曲和希扭转。其中面贝板中部上凸，牌两端下挠。加刚劲板中部明显负收缩。比较同散类研究论文，勇模拟后的变形益与实际较接近护，献证明计算结果毙具有一定的可此行性绝。至实际上焊件的璃变形也与边界肝条件有关，本皆文采用的约束牙是两个外侧面垫分别加万上蛾Y答和危Z白方向舵约束，柳再选取一点时残间爱厘上削X汤轴向的约束，桥这样就与实际此情况比较接近己。露图祝4.2羽4闷是节点位移的芹时间历程。从拉图上可以看出社，远离约束端接的点位移大于怜接近约束点晓，挎D乏点因为被约束毯，位移为零洪，哪A蝴点离约束最远晶，位移最大。们图关4.24寇X陷轴向节点位移及时间历程图伏4.5工辨号计算结果分析拔课题研究背景造通过计算，程洞序得到的结果捉有予Tendon梢Forc袋e葬和横向收缩慌。由于采用的及模型是对称的价，角变形为零低。毕计算结果如下欺：登Tendon喇Forc搂e=-120凤55楼.牙4392N滥横向收缩黑=轿0.0623索1mm西通过公式汽(祖3-13)升计算所得者Tendon偏Forc洗e丽的理论值昏为义-12279胶N护，两者的误差洗为铃1.82%疯，骗两者的结果相炒近，与先前小封模型计算的亦Tendon愈Forc锈e险值相当，进一卷步证明了离Tendon眼Forc踪e乓值只与输入的桌线能量有关，柄说明模拟可行屯。毁根据参考文负献供[2火3步]冻介绍的计算固赚有应变的的方烟法孟，塌变形数值除以吼焊接热输入线懂能量就得到了丑固有应变，本再文的热输入线瘦能明量望E骄为产，因此可这样金表示糕Tendon你Forc柳e珠和横向收缩宗：壮售Tendon抱Forc狗e=268.建00E孕令袖席(毒4玉-投5竞)零冶横向收缩妥=0.000苗13847E稠票碑晶(公4枕-战6届)胃式中食：体E农前面的数值即演为固有应变。标依据文花献员[有23魄]壶，对于简单的病焊接节头可以弓通过热弹塑性慨有限元法求得菊固有应变，但闪是对于复杂的巩节头很纠难获得，为此价必须要建立一述个庞大的固有迫应变数据库，灿通过长期的积设累才能完成这岸个工作，本文触的试验还是远个远不够的，只射是给出了一个兔求固有应变的慈思路。植4.6醉纷工本章小结果在大型焊接结菜构中基于固有梦应变方法是将零各条焊缝的变蓬形以固有变形各的方式直接加械载到焊缝位置稳，从而不必经抖过冗长的过程劲跟踪计算，从央而大大的缩减蛛计算时间。因春此对大型焊接西结构进行变形车预测首先需要烂了解各种典型它焊接接头的固哄有应变饮，从而方便大粘型焊接结构的振预测。姻本柜章详细的介绍运了一个有限元犬算例，然后用侨后处理器得到毯一些形象的数探据云图、表格半图，实体图，盛从而丙对十字形型接舟头的固有应变伙做了一定的探烘讨盗。精第旬5毅章寿姜驱展望综述径5.1示扒葱本际课题洋的送研究懂价值年焊接技术已经押成为现代制造伟工业的关键工得艺之一。全新曾的焊接工艺，案不但可以提高原焊接质量和外盒形美观，而且丛保证了装配中萄的无余量装配执。这样一来，冲质量提高，生足产成本降低，填大大提高了产滩品竞争力。作挠为处于基础地窗位的节点焊接座研究课题，可佣以探索焊接变苏形的基本规律错，为深入研究收打下基础，同搅时也扯可以欣学习到科学研锻究的基本长思想湿和研究方法。物5.2纺叹榆结论及启示重本文对焊接过范程产生的温度苦场、应力场以趟及焊后的评变形姓进行了三维实简时动态模拟，宵并通过实例计来算提出了基捷于脖ANSYS漏软件的焊接温规度场、应力和役固有应变的模吉拟分析方法。依通过本文的研涨究耳可以得出怀下述陪结论正：慕1核、本文利用的争温度场和应力停场含间接蔬计算法在一定当范围内能较准也确地模拟出焊反接温度场和应胡力场，对解决尺热烫-瓜结构迫耦合旱的焊接分析有烫一定燕参考意义。恋2骆、通过高斯热轧源的移动加载氧，与实际的焊岂接热源更加接蹦近。并采涨用稼ANSY都S虽的帐APD容L周语言编写了一泉套袋模拟词焊接过程初中温度违、应力和变形牙的三维动态模稠拟程序，段方便后面的固姿有应变分析。呢3续、奋利用本程序搂对焊接速度、狸有效热功率和喜电弧加热半径绪等不同因素进骂行押模拟积是劝可以对焊接工耀艺岂优化设计波，窗从而巡减少妄试验艺数量。削4催、虽然文中的虏实例分析只是独较小尺寸的蚕模拟，但只要载存储空间和计冻算机内存足够良，本文所提出羊的模拟分析方拴法珠可以妈推广到各种尺府寸规格、各种坐接头套形式的焊接过家程的计算分析慧中去。同5.3签刮馋今后的工作展堂望售作为本文的延搁伸，在今后的矿研究工作中葬还需挎完成以下工作假：仆1滩、将十字形节压点的计算模型困更好的与实际兔结合，使之能烤够精确的完成愁对实际十字形苦节点的焊接变链形预测。疤2本、在角接焊的任基础上，实现矮对对接焊焊接泊温度场的分析薪，通过谋试验仅等方法实现对棕多道对接焊焊晨接温度场的瞬潜态模拟，得到潜温度分布，系为丈预测对接焊的逼焊接变形打下隆基础。拣3齐、与钢结构生脏产企业的实际泳相结合，进一摆步积累不同板效厚、不同焊接粥条件、不同结参构形式的六固有应变数据怎，网为精确预测大慢型景焊接贵节点的变形打备下基础。润4飞、将复杂的空交间节点与平板遭焊接变形研究瓜方法结合起来艇，实现对复杂榨构件的焊接变甜形预测，并进粥一步简化计算带过程，并实现爬其程序化。组5换、为实现十字痒形节点的焊接希变形精确预测遥，还有大量具僻体的工作要做枝，特别是理论煮计算要与灌试验亚相结合，才能筛进一步企解决蜡对不同焊接形纺式，不同材料幅，不同结构形翅式的焊接变形廊预测。春第酬6迁章良皮APDL抬命令流语言随!-----保------颗------倒------骄------即------袭------舌------挪------午------嘱------原-----!掏!做钢结构十字形洗节点固有应变翁的研究通用化面程序栗!-----案------旷------并------挤------踪------钢------爪------诱------产------追------桌-----!FINISH/CLEAR俘/CONFI欲G,NRES打,3000盛/FILEN始AME害,WORKS得1签果扶!丢设置工作文件督名和工作标题海/TITLE救,Inher参entSt秤rainR满esearc聪hofC邻ross-s独haped忽Joint币inSte敏elStr技ucture/PREP7脊ET,1,S胡OLID70薄士申省说愈!授定义单元类型德MPTEMP渣,1,20,刘500,10衫00,150纵0,2000像籍孙!院5颠个温度数据点熄MPDATA班,C,1,1垫,470E5拨,650E5析,730E5骂,810E5布,900E5滴汗MPDATA絮,KXX,1犬,1,47E座2,40E2衡,30E2,堪37E2,1词20E2蔑签MP,DEN案S,1,78役50E-9落!-----您------洁------靠------徒--饲-隔建立几何模自型连------玉------默------职------您------铸--!颤ETA=睬0.75传户正奖木!投院热源效买率莲颈殃里U=20历启逮介雀刚!合榨电压踩I=180纽杂眠伙句衬!鸟吹电流蓬Q=(ETA挺)*U甜*I*100缴000谷邻伞!收从热源瞬时给焊趋件的热能欺RADIUS暮=7蜻时继吵旷!论RADIU储S逢—涂—没热有效半径限qmax=(认(Q*3/R栋ADIUS*惑*2)/3.品141592脉6)护!惨加热中心最大孤热流值滔V=6深践蛮昏包谎!厕焊接速度弃LX=200倘础断奏纽英偶稠按LY=10倦镰仇忽馒嗽榴摄劫LY1=-4LY2=15LY3=50肿LZ=-4秀收雁绪聪固LZ2=10敬侵挪图始浇滥撕终LZ3=15腾LZ4=30逢勺翼厘桂欢废BLOCK引,0,LX,罗0,LY,L怜Z,0剑贞圆!绕防定义几何模型划BLOCK,遗0,LX,L叔Y1,0,L驰Z,0鼻BLOCK,轧0,LX,L帝Y1,0,0印,LZ2叹BLOCK,萄0,LX,L喊Y,LY2,土LZ,0怕BLOCK,炎0,LX,L献Y1,0,L塌Z2,LZ3要BLOCK,兴0,LX,L捏Y2,LY3尖,LZ,0表BLOCK,毒0,LX,L脑Y1,0,L烂Z3,LZ4哑VSEL,A浓LL洪魄园涉疾!翅督面粘贴睁FLST,2犯,7,6,O件RDE,2巨伴FITEM,疲2,1盆FITEM,排2,-7辫VGLUE,洲P51X捡!-----雾------党------多------裙---罗-够建立有限元模妈型袭------欧------铸------察------扯--!哈ESIZE,聚1,0,弦FLST,5稠,3,6,O食RDE,3肚轧FITEM,掉5,1竹FITEM,返5,8禽FITEM,秩5,11崖VSEL,妨,,,P辅51X纯VMESH,律ALL瞒ESIZE,盆4,0,依FLST,5扭,2,6,O旅RDE,2警县FITEM,巧5,9亮FITEM,带5,-10漏岩VSEL,基,,,P泰51X仰VMESH,跪ALL灯ESIZE,校8,0,跑FLST,5随,2,6,O刮RDE,2坑摘FITEM,携5,12由讲FITEM,惑5,-13聪数VSEL,灌,,,P养51X幕VMESH,飞ALLALLSELFINISH/SOLUL=LX瓶NUM_TI冤ME=L/V洽+1+150黄NUM_TI遮ME1=L/跨V+1级NUM_X=写L+1鉴!-----累------除------夸------缸------扣-孕-家定义数望组掌FLUX2-耻------狱------似------器------撒------伴!怒*DIM,F赛LUX2,T售ABLE,N跪UM_TIM础E,NUM_系X,LY+1凑,TIME,划X,Y先*DO,K,啦1,LY+1俭,1没*DO,I,杆1,NUM_梦TIME,1鼓!秋定血义发TIM段E涂坐标值郑FLUX2(勒I,0,K)记=I-1*ENDDO愁!赖定荡义翻X季坐标值盒*DO,J,炮1,NUM_斯X,1期FLUX2(黎0,J,K)避=J-1*ENDDO抬!哀定怜义她Y盗坐标值话FLUX2(丈0,0,K)客=K-1*ENDDO冬*DO,AN承TIME,1锁,NUM_T祥IME,1砖*DO,W,使1,RADI盆US+1,1薪*DO,N,侧1,NUM_拿X,1若XDIST=草ABS((A绳NTIME-摇1)*V-(丑n-1))户*IF,AN摊TIME,L届E,NUM_党TIME1,嫌THEN茫*IF,SQ院RT((XD栋IST)**庸2+(W-1肌)**2),壁LE,RAD燕IUS,TH棋EN趟GAUSS2致=qmax/夫EXP((3菌/RADIU缓S**2)*樱((XDIS溉T)**2+眠(W-1)*叮*2))录FLUX2(秒ANTIME播,N,W)=新GAUSS2*ELSE舞FLUX2(密ANTIME竹,N,W)=因0*ENDIF*ELSE睛FLUX2(灶ANTIME亡,N,W)=汉0*ENDIF*ENDDO*ENDDO*ENDDO联!-----扁------个------惩------风------贩--财-腔定义数救组疾FLUX3-蕉------掘------嫌------酿------胞-----!悬*DIM,F稼LUX3,T鹿ABLE,N始UM_TIM术E,NUM_口X,LZ2+必1,TIME页,X,Z高*DO,I,败1,LZ2+贵1,1芦*DO,J,傲1,NUM_饿TIME,1都!框定妥义拴TIM脏E邮坐标值伴FLUX3(馒J,0,I)捷=J-1*ENDDO菠!搁定拌义六X溪坐标值陶*DO,K,塑1,NUM_炸X,1径FLUX3(啊0,K,I)泽=K-1*ENDDO摊!凳定外义堡Z倘坐标值批FLUX3(诵0,0,I)灰=I-1*ENDDO丈*DO,AN玩TIME,1拘,NUM_T艰IME,1小*DO,W,较1,RADI键US+1,1孩*DO,N,钻1,NUM_盗X,1强XDIST=约ABS((A丛NTIME-薄1)*V-(姓n-1))谷*IF,AN僻TIME,L半E,NUM_飞TIME1,写THEN组*IF,SQ敌RT((XD春IST)**友2+(W-1志)**2),萄LE,RAD恶IUS,TH壮EN索GAUSS2察=qmax/皇EXP((3战/RADIU五S**2)*挤((XDIS治T)**2+泉(W-1)*浇*2))探FLUX3(庆ANTIME挑,N,W)=仓GAUSS2*ELSE擦FLUX3(扣ANTIME沉,N,W)=暑0*ENDIF*ELSE颠FLUX3(怕ANTIME汪,N,W)=皱0*ENDIF*ENDDO*ENDDO*ENDDO讨!-----红------换------擦------拼------赞---仙-逢热求编解午------冷------旨------密------稳------蹦!害ANTYPE燕,姿TRANS殿眼拿趟!避划热分析求解收TUNIF,岁20郊连起究采!真惠设置参考温度俩TOFFST纯,273消组淡角害!恐觉定义温度偏移栏量宽KBC,1掘干壁闯夏民!那籍将载荷选择阶右越施加方式扑*SET,D患ELT,1耽TIM肆INT,ON劝勇润聋服!令影打开结构分析是时间积分选项对FLST,2逼,1,5,O识RDER,1烂FITEM,朗2,2/GO宾SFA,P5煌1X,1,H云FLUX,%桌FLUX2%文导!如崖施加热流密度咽面荷载赏FLST,2省,1,5,O础RDER,1逗FITEM,讯2,55/GO分SFA,P5筹1X,1,H珠FLUX,%臭FLUX3%去饱卸!牲崖施加热流密度还面荷载涂ASE鼻L,ALL瓣泡堂复拳邮!甩惹施加对流系数钥ASEL,U宏,AREA,侵,2省ASEL,U烫,AREA,砍,55践SFA,AL绍L,1,CO尺NV,11,挥20榆ASEL,A严LL雾*DO,TM秧,1e-6,哑NUM_TI挪ME,2询TI网ME,TM装榜缠顿盒!译锁定义求解时间非AUTOTS嘱,ON增DELTIM叨,1,0.枯05,2碑昨问靠!炒爬时间步控制蔽KBC,0奥叹协艳健蜘!湖不设置为斜坡载护荷握TSRES,烤ERASEALLSEL煤OUTRES爹,NSOL,切LASTSOLVE根液英狂尼杯/PSF,H牵FLUX,2袭/REPLO反T*ENDDOSAVEFINISHSAVE残!-----敬------料------袜------股-镰-嚼单元转换，定谎义实常笑数星------浪------甘------吉----!纵/PREP7逃林!盖棕重新进入前处厕理，改变单元器，定义实常数喂热应力分析派TREF,2买0丙书惹!垄热定义参考温度信ETCHG,崖TTS润MPTEMP歌,1,20,未500,10盼00,150烫0,2000璃险帽有避傻响昂MPDATA尝,EX,1,拳1,2.1E丝5,1.65澡E5,0.7牧E5,0.0肿5E5,10傻MPDATA忘,PRXY,砌1,1,0.陡288,0.客29,0.2治93,0.3罪00,0.3船06扁胁恰干脖喉卷肝MPDATA坐,ALPX,朽1,1,1.奏262E-5隶,1.308灌E-5,1.茄346E-5喇,1.383婶E-5,1.闯425E-5妹TB,BKI撕N,1,5喇凝字!浪辱定义屈服强度屠TBTEMP聋,20纯壮麻混TBDATA拾,1,235鼠,5膀TBTEMP园,500车粪兵版TBDATA故,1,120饼,5驴TBTEMP拥,1000抖灯俭遵TBDATA熔,1,80,眨5廊TBTEMP蔬,1500减栏陪史TBDATA渔,1,10,果5器TBTEMP泛,2000储台战暖TBDATA姑,1,10,宇5臭!-----都------暑------菜------闲----灰-逮选择节点并施述加约愁束浅------逐------兽------配------虏!ALLSEL连NSEL,S作,LOC,Z发,LZ竿D,ALL,舌,0,,诊,,UZ木,,,刺,,誉!D,ALL凡,UZ,0ALLSEL葬NSEL,S撞,LOC,Y叼,LY1纷D,ALL,放,0,,行,,UY桶,,,策,,ALLSEL薪NSEL,S软,LOC,X隆,LX奔NSEL,R凑,LOC,Y盒,0扣NSEL,R雅,LOC,Z绞,0橡D,ALL,诸,0,,茧,,UX筛,,,邀,,ALLSELFINISH耻!-----勤----偿--再-伙读取温度场物饿理分析文件进乏行求解和后处绑理亏------隙------狭!所/SOLU愁燕孔送让柳!胆割进入求解器把AN