焊接数值模拟中分段移动热源模型的建立及应用

针对焊接过程数值模拟计算效率低的难题 ,通过分析焊接热源的特点 ,在移动高斯热源的基础上 ,提出分段移动热源模型。该模型从宏观上体现焊接热源移动的特点 ,减少描述热源逐点移动所需的计算量 ,从而大幅度提高计算效率。经验证 ,该方法可在保持精度的同时大幅度地缩短计算时间 ,从而使实际构件工艺的模拟、优化成为可行。利用该模型分析了不同切割顺序对桥式起重机腹板变形的影响 ,并进行了实际测量。

船舶T型接头分段移动热源焊接模拟

为了提高焊接数值模拟的效率,采用分段移动热源计算船舶T型接头焊接变形和应力。沿焊缝方向施加分段移动热源,段内能量输入考虑时间效应并沿焊缝方向同时施加。分别应用瞬时移动热源与等效分段移动热源对船舶T型接头焊接过程进行有限元模拟,并与试验测量值进行了对比。结果显示,在划分合理段数的情况下,应用分段移动热源可以得到精度较高的残余应力和变形值,而仅需耗费应用瞬时移动热源时计算时间的3%左右。

对接接头焊接温度场的三维数值模拟

焊件在快速加热和冷却过程中温度场的正确描述是进行组织转变和焊后接头力学性能分析的前提条件。文中采用Gauss分段移动热源模型,考虑了材料热物理性能参数与温度的非线性关系,建立了焊接过程的数学模型和物理模型,并应用APDL语言实现了焊接全过程温度场的三维动态模拟,其结果与理论值完全吻合,证明了数值模拟的可靠性。

管子对接多道焊接计算效率与精度分析

研究了焊接分段移动热源和焊接区网格尺寸对管子对接焊接过程计算精度和效率的影响,得到一种相对合理的网格尺寸和热源的分段方法以满足大型管子焊接应力三维模拟计算精度和效率的要求.结果表明,焊接区和热影响区的网格尺寸≤3.3mm,并且采用分段移动热源的方法,可以满足计算精度的要求,并大大的提高了三维模拟计算的效率.

邮轮板架焊接顺序优化及变形控制

优化焊接顺序、控制薄板变形是邮轮建造精度管理中的重要组成部分。通过有限元软件ABAQUS,以典型薄板板架结构为研究对象,采用基于分段移动热源模型的热弹塑性有限元法进行焊接顺序优化及变形控制研究。结果表明:无外部约束条件下,板架易发生局部波浪变形,且失稳模态与焊接顺序相关;对于同向多筋板结构,单条加筋板单向焊接有利于收缩变形精度控制,单条加筋板双向焊接有利于垂向变形精度控制;对于板架结构,纵骨先装、横梁双向同时焊接(方案H)满足流水线生产且有利于纵向和垂向变形精度控制。施加工装夹具可抑制板架失稳变形和扭曲变形,减小整体垂向变形20%~30%,但布置复杂的夹具较布置简单的夹具对垂向变形无有效增益。

桥式起重机箱形梁焊接的数值模拟

针对起重机主梁盖板和腹板的箱形梁焊接残余应力及变形复杂等情况,采用有限元方法,选取分段移动串行热源模型、热力耦合及生死单元技术,进行了焊接应力场及变形的数值模拟。结果表明,所采用分段移动串行热源模型加载热载荷的方法,能够较好地模拟实际焊接过程中的热源移动情况,与普通高斯热源相比,网格数量及计算时间明显减少,且计算精度基本相同,模拟出的箱形梁焊接变形与理论分析基本吻合。

挖掘机动臂焊接残余变形的热弹塑性有限元分析

采用建立的以温度为控制参数的分段移动温控型热源模型作为焊接热源,利用一系列加速收敛、减少增量步数等技术,在保证高精度的前提下,高效的完成了挖掘机动臂热弹塑性有限元分析,预测了挖掘机动臂残余变形量,并与实际测量值进行比较分析。结果表明,残余变形在垂直方向呈收缩,水平方向前侧拉伸、后侧压缩,整体存在翘曲现象,与测量结果十分吻合。模拟结果准确预测了残余变形演变规律。分段移动温控型热源模型具有操作简便、计算效率高、模拟精度高的特点。

结构件焊接残余应力的热弹塑性有限元分析

运用有限元软件Marc,采用本文建立的分段移动温控式组合型热源模型作为焊接热源,利用一系列减少步长数、增强收敛等技术,在保证较高精度的前提下,高效地完成了挖掘机动臂热弹塑性有限元分析,预测了挖掘机动臂残余应力,并与实测结果进行比较分析。结果表明,分段移动温控式组合型热源模型具有操作简便、计算效率高、模拟精度高的特点,其获得的残余应力分布和大小与实测结果十分吻合,为调整残余应力提供了理论依据。