特厚板對接多道焊溫度與應(yīng)力仿真分析.pdf

1、隨著鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)的發(fā)展，厚鋼板和特厚鋼板在橋梁及其它大型結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用越來越廣泛。雖然厚鋼板構(gòu)件的剛度大，但焊接中極易產(chǎn)生殘余應(yīng)力集中，有時達到屈服強度，影響結(jié)構(gòu)的使用性能。本研究以重慶江津觀音巖長江大橋的1:1模型焊接試驗為課題背景，利用有限元軟件ANSYS對焊接殘余應(yīng)力模擬分析。 焊接過程中施加的局部的依從于時間的集中熱輸入，使焊接部位形成熔化區(qū)，這正是引起焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的根源。因金屬材料中熱傳播速度很快，焊接時以高

2、度集中的熱源導(dǎo)致焊接的溫度場也是非常不均勻和不穩(wěn)定。利用能量守恒原理導(dǎo)出溫度場的微積分傳導(dǎo)公式，根據(jù)焊接過程的限制和約束確定微分方程的邊值條件，再利用變分原理導(dǎo)出溫度場有限元的一般公式。 焊縫焊趾處出現(xiàn)集中應(yīng)力，其值有的達到焊縫的屈服強度，因此在本構(gòu)分析過程中材料塑性變形采用隨動強化理論硬化模型，用簡化的Bauschinger效應(yīng)近似分析。焊接的溫度場是隨時間變化的，焊接殘余應(yīng)力也隨溫度同步變化，即由溫度場引起的焊接殘余應(yīng)力屬于

3、非保守力系。然而焊縫在塑性區(qū)的變形不僅取決于其最終狀態(tài)的受力，而且和加載路徑有關(guān)(即焊接多道焊的順序和焊縫的變形路徑)有關(guān)，因此在彈塑性理論本構(gòu)分析中只有按增量方法建立起來的理論才能追蹤整個加載路徑。分析熱與結(jié)構(gòu)的耦合作用時將溫度場作為慣性荷載，根據(jù)熱彈塑性動力學(xué)方法分析不穩(wěn)定溫度場。 本研究的模擬對象為厚度80mm的特厚焊接鋼板焊接，焊接方式為X型坡口對接焊，研究的材料是Q370QE。文中應(yīng)用ANSYS軟件對焊接模型進行有限元

4、建模，按照焊接工藝順序，通過單元形心坐標比較提取焊縫處單元，利用ANSYS單元生死技術(shù)模擬焊縫的動態(tài)填充，此分析具有的模型規(guī)模大、加載時間長和非線性求解等特點，因此采用熱與結(jié)構(gòu)間接耦合方式分析，即先進行熱分析，再將其單元轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)單元，把熱作為結(jié)構(gòu)荷載加入結(jié)構(gòu)分析中完成熱與結(jié)構(gòu)的耦合分析。 利用ANSYS的后處理器功能繪制了焊接過程中的殘余應(yīng)力圖，經(jīng)分析得出焊接殘余應(yīng)力仿真結(jié)果與觀音巖長江大橋的焊接試驗結(jié)果相吻合，驗證模擬分析的