Q690高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布数值模拟

焊接纵向残余应力是影响钢压杆整体稳定性的重要因素之一。基于ANSYS对Q690高强钢焊接T形截面纵向残余应力大小及分布情况进行数值模拟分析。通过与已有的研究成果对比,提出合理的有限元分析模型;借助该模型,分析纵向残余应力大小及分布随板件宽厚比和板厚的变化规律;以及翼缘和腹板残余应力的自平衡性;并提出适合Q690高强钢焊接T形截面的纵向残余应力分布模型。研究结果表明:提出的有限元分析模型适合焊接T形截面纵向残余应力研究;翼缘外伸端以及腹板中部的纵向残余压应力大小随板件宽厚比、板件厚度的增大成下降趋势,翼缘与腹板相交焊缝处和腹板外伸端的纵向残余拉应力大小与板件宽厚比和板件厚度没有多大联系;各板件内的残余应力均满足自平衡。基于数值模拟分析,提出的Q690高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布模型,为后续T形截面残余应力的试验研究及压杆的整体稳定性数值分析提供参考。

Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布

采用分割法测量了4个Q460高强钢焊接T形截面的纵向残余应力分布;借助通用有限元程序ANSYS,采用热-结构耦合分析方法模拟钢板的切割和焊接过程,将数值模拟获得的纵向残余应力与试验值进行对比,从而验证有限元分析过程的正确性;基于有限元方法获得更多不同截面尺寸的Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布,对丰富的数据进行汇总分析,重点研究板件宽厚比和板厚对残余应力大小及分布的影响.结果表明,残余拉应力分布在焊缝周边区域、翼缘和腹板外伸端,残余压应力则分布在翼缘外伸段中部及腹板中部区域;残余拉应力与板件宽厚比和板厚均无关,残余压应力与板件宽厚比和板厚成反比;翼缘和腹板的残余应力均达到自平衡.提出的Q460高强钢焊接T形截面纵向残余应力分布模型,可为后续钢压杆的整体稳定承载力数值分析提供重要参考.

中厚板多层焊后焊层对焊缝纵向残余应力影响的数值分析

通过有限元方法对TIG焊中厚板对接接头进行了动态模拟,分析了后焊层对已焊层纵向焊接残余应力的影响,计算结果表明:后焊层对已焊层的温度和纵向残余应力的影响与板材的厚度存在着直接的关系,当板材的厚度不是很大时,后焊层的焊接热输入使已焊层的温度超过了相变温度,且由于温度过高使相邻后焊层与已焊层层间晶粒经历了熔化再结晶、重新形核长大的过程,使已焊层的温度重新回到较高温度,接近或达到熔点,后焊层对已焊层并没有起到热循环对残余应力场影响的作用,其纵向残余应力值基本没有变化。

X80管线钢三丝埋弧焊纵向残余应力数值模拟

基于ANSYS软件建立了X80管线钢(Nb-Mo系)三丝埋弧焊的三维热力耦合数值模型。研究三丝埋弧焊接头温度与焊后纵向残余应力的分布情况,以及焊接工艺参数(焊接速度、焊丝间距)对三丝埋弧焊接头应力场分布的影响。计算结果表明:焊接是一个温度急剧变化的过程,温度的分布不均匀是导致残余应力出现的主要原因。焊后最高纵向残余应力存在于焊缝区,在边界处纵向残余应力趋于0。增大焊接速度或焊丝间距均会引起焊后纵向残余应力的升高。使用盲孔法测量焊缝附近一些点的纵向残余应力,测量结果与模拟结果基本吻合。

冷弯方钢管焊接纵向残余应力分析

为了解冷弯方管的焊接纵向残余应力分布,应用较贴近实际情况的双椭球热源模型,对冷弯方钢管的焊接过程进行数值模拟,通过与实测数据进行对比来验证数值模拟的可行性,并对比不同边长、壁厚,以及热输入条件下的焊接纵向残余应力分布,得出:当其他条件不变时,不同边长方管的焊接纵向残余应力,在焊缝及邻近焊缝部位的分布差距不大,而在距焊缝较远的部位,大边长方管的焊接纵向残余应力要明显大于小边长方管;较薄管壁与较高热能输入的方管更易被焊透,纵向残余应力值更高,分布也更均匀。

钻孔法对焊接薄壁钢管纵向残余应力的测定

通过对钻孔法测定焊接钢构件残余应力的试验分析,我们测定了焊接薄壁钢管试件沿圆周的纵向残余应力的分布模式,得出该法测定纵向残余应力是可行的,其残余应力以拉应力为主。

超声波法测量焊接接头的纵向残余应力研究

使用不同频率的探头对7N01铝合金焊后板材的母材区、热影响区及焊缝区的应力常数K进行了标定,并使用超声波设备测量了7N01铝合金板材的纵向应力。结果表明:由于微观组织不同,焊接接头不同区域不同深度的应力常数K确实存在差异;K值修正后垂直于焊缝方向的纵向应力分布趋势不变。热影响区和焊缝区修正后的应力值增大,且热影响区的波峰应力值增加最大,测量结果更安全。

用钻孔法测定焊接薄壁钢管纵向残余应力

介绍了用钻孔法测定焊接钢构件残余应力的试验方法和用此方法测定焊接薄壁钢管试件沿圆周的纵向残余应力的分布模式。

奥氏体不锈钢纵向焊接残余应力分布的有限元模拟

以LED集鱼灯基板与灯壳的搭接接头为例,建立了热力学耦合的三维有限元模型,运用SYSWELD焊接专业软件,对316L奥氏体不锈钢薄板焊接件在不同焊接条件下纵向残余应力分布进行有限元模拟与分析,研究了预热温度和焊接顺序对纵向残余应力分布的影响,并将模拟结果与实测结果进行了对比。结果表明:采用预热可以有效降低焊接件的纵向残余应力;随着预热温度的升高,纵向残余应力降低;焊接顺序对纵向残余应力的影响不大;模拟结果与实测结果比较吻合,验证了计算用模型的准确性。

高强冷弯厚壁C形钢冷作硬化及残余应力研究

国内在高强冷弯厚壁型钢的冷作硬化效应和残余应力分布领域的研究还十分有限,基础数据匮乏。针对这一问题,对高强冷弯厚壁C形钢展开研究,对其母板及冷弯型钢构件的材性进行拉伸试验研究,得到母板和型钢截面不同部位的屈服强度及断后伸长率等指标。研究结果表明:冷作硬化效应在弯角部位更明显;冷作硬化效应的强弱主要与母板屈服强度、母板强屈比、型钢弯角内半径及壁厚等因素有关。采用“切割法”对冷弯型钢的纵向残余应力进行研究,根据实测数据绘制残余应力沿型钢全截面的分布曲线,并研究影响残余应力分布的主要因素,在此基础上归纳出残余应力沿截面的分布规律,并提出相应的分布模型。

有限元分析热—力学参量对焊接残余应力峰值特征的影响

使用随温度变化的材料热—力学参量,采用双椭球热源模型,研究了弹性模量、线膨胀系数、泊松比三个热—力学参量对焊接残余应力的影响.结果表明,弹性模量增加可使焊接残余应力增大,纵向残余应力峰值从双峰特征过渡到单峰特征;线膨胀系数降低可使焊接残余应力峰值降低,纵向残余应力峰值的双峰与波谷差值也逐渐减小;随着泊松比的增加,纵向残余应力峰值逐渐下降.因此,热—力学参量是导致铝合金纵向焊接残余应力峰值比屈服极限低以及焊缝附近呈现双峰分布特征的重要原因.使用切条释放法对材料参量为铝合金2024-T4的平板中纵向焊接残余应力模拟结果进行试验验证,模拟结果与试验结果吻合良好.

有限元分析热物理参量对焊接残余应力峰值特征的影响

利用非线性有限元方法对平板TIG焊进行了数值模拟.使用随温度变化的材料热物理参量,采用双椭球热源模型,研究了热导率、比热容及密度三个热物理参量对焊接残余应力的影响.结果表明,热导率降低可使焊接残余应力升高,纵向残余应力峰值会从双峰特征过渡到单峰特征;比热容降低可使焊接残余应力峰值降低;密度增大可使焊接残余应力增加,纵向残余应力峰值的双峰效应逐渐减弱;因此,热导率、比热容和密度3个参量是导致铝合金纵向焊接残余应力峰值比屈服极限低以及焊缝附近呈现双峰分布特征的重要原因.使用切条释放法对材料参量为2024—T4的铝合金平板中纵向焊接残余应力模拟结果进行试验验证,模拟结果与试验结果吻合良好,证明了模拟结果的正确性.

Q800高强钢焊接工字形截面残余应力试验分析

为研究Q800高强钢焊接工字形截面的纵向残余应力分布规律,采用线切割法对4个试件进行试验研究,分析腹板和翼缘板件宽厚比对残余应力的影响,研究各板间残余应力的相互影响及其自平衡性,提出Q800高强钢焊接工字形截面的残余应力分布模型和计算公式.结果表明,Q800高强钢工字形截面的残余应力分布形式与普通强度钢材的一致.焊缝和火焰切割边附近呈现残余拉应力,且随着宽厚比的变化呈不规律变化;翼缘外伸部分中部和腹板中部都呈现基本恒定的残余压应力,且随着板件宽厚比的提高而相应减小;其余部位是从残余拉应力到残余压应力转变的过渡区域;翼缘和腹板内的残余应力基本满足自平衡条件,二者没有相互间的影响作用.

2024铝合金搅拌摩擦焊残余应力分布研究

采用9组不同的焊接参数,利用分割释放法对3.2mm厚2024-T3铝合金板搅拌摩擦焊对接板进行了上下两表面纵向残余应力的测量,然后对其分布规律进行了分析研究。结果表明,上表面的纵向残余应力呈现双峰值,峰值出现在轴肩两侧边缘,不对称分布,前进侧残余拉应力普遍高于后退侧;下表面呈现单峰值,峰值出现在焊缝中心附近,靠近前进侧;下表面的纵向残余应力峰值普遍高于上表面;上下两表面的纵向残余应力峰值会随着转速的增加或者焊速的减小而减小,即会随着热输入量的增加而减小。

装卡方式对搅拌摩擦连接残余应力分布的影响

采用6种不同的装卡方式,开展了3.2 mm厚2024-T3铝合金板搅拌摩擦连接的试验研究,利用切割释放法对试件连接部位进行了上下表面纵向残余应力的测量,并对其分布规律进行了分析研究。结果表明,在没有施加侧顶力时连接接头上表面的残余应力峰值明显高于正常连接,差值约为50 MPa;随着压板距接缝中心距离的增加,残余应力峰值也会逐渐增加;单独增加前进侧压板或后退侧压板距接缝中心的距离,后退侧的残余应力峰值都会明显地提高,与前进侧的差值也得以减小,但采用后者效果更加显著。

航空用TC18钛合金电子束焊接温度与残余应力场研究

采用组合热源模型,建立了4 mm厚TC18钛合金平板电子束焊接温度场和应力场的数值模型。通过间接耦合计算,得到温度和应力的分布规律。仿真结果表明,TC18电子束焊接温度场类似于拉长的椭圆形。在电子束直接作用区域温度最高,随着与焊缝中心距离增大,温度随之降低。电子束焊接残余应力主要以纵向残余应力为主,集中在焊缝中部及其附近区域,横向残余应力较小。焊缝及附近塑性区的纵向和横向收缩较小。

焊接过程数值模拟材料参量的确定

使用随温度变化的材料热—力学参量,研究了屈服强度、热导率、比热容、弹性模量、线膨胀系数、密度及泊松比7个热物理与力学参量对焊接残余应力峰值的影响.结果表明,屈服强度和热导率的变化范围较大,对纵向残余应力峰值影响显著;比热容、弹性模量、线膨胀系数和密度的变化范围较小,对纵向残余应力峰值影响不大;泊松比的变化范围与线膨胀系数和密度的相当,但对纵向残余应力峰值影响非常小.使用切条释放法对铝合金2A12-T4平板中纵向焊接残余应力模拟结果进行试验验证,模拟结果与试验结果吻合良好,证明了模拟结果的正确性.

盲孔法测试Q690高强钢管镀锌前后残余应力

残余应力对轴心受压构件的稳定性等有重要影响,为考察Q690焊接高强钢管镀锌前后的截面纵向残余应力分布,该文采用盲孔法对截面规格分别为φ250×8、φ300×8和φ350×8共计24个试件的残余应力进行测试。通过试验得出了每种截面规格圆钢管的纵向残余应力的数值大小和分布模式,并将相同截面规格的钢管在镀锌前后的残余应力分布进行了比较,试验结果表明,钢管镀锌后残余应力有了明显的降低。通过对Q690未镀锌钢管的试验结果总结发现,Q690高强钢管的截面最大纵向残余应力与其钢材屈服强度的比值明显小于普通钢材:普通钢材为0.35,而该次试验测得的最大值为0.15。

X80管线钢四丝埋弧焊的数值模拟

利用ANSYS有限元软件,采用双椭球热源模型,对X80管线钢四丝埋弧焊焊接过程进行了数值模拟,并研究了焊接工艺参数对四丝埋弧焊接头温度场和应力场分布规律的影响。有限元模型选用三维实体单元,采用热力耦合方法,考虑了材料物理性能随温度的变化和周边对流、辐射散热的影响。计算结果表明,焊后纵向残余应力峰值出现于焊缝区,在边界处纵向残余应力趋于0。焊接速度增加,纵向残余应力水平下降;首丝电流的增加将引起纵向残余应力水平升高;1、2焊丝间距在18~25 mm之间变化时对纵向残余应力无明显的影响作用。

圆钢管加工方法诱导的残余应力分布检测与分析

为了研究圆钢管加工方法诱导的纵向残余应力分布规律,该文采用盲孔法对截面规格为325?8的5组15个不同强度、不同加工方法的圆钢管试件进行了测量。基于测量数据,得到了试件截面残余应力分布和拉、压残余应力的数值大小,研究了埋弧焊、高频焊和热轧三种不同加工方法对残余应力分布的影响。试验结果表明,埋弧焊对圆钢管截面纵向残余应力的影响强于高频焊,高强度焊接圆钢管的残余应力分布比较均匀,且焊缝区最大残余拉应力分布在焊缝两侧各40 mm区域内;普通强度钢管截面的最大纵向残余压应力为0.35?y,而Q690高强钢焊接圆钢管截面的最大纵向残余压应力为0.21?y,同中点截面的纵向残余应力峰值相比,起焊点和落焊点截面处的纵向残余应力峰值偏小。不同于焊接圆钢管,热轧无缝圆钢管同一截面内外表面的最大纵向残余应力数值大小相同,符号相反,其最大值为0.15?y。