焊缝形状对铝合金焊接残余应力应变影响分析（本科毕业论文设计）.doc
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焊缝形状对铝合金焊接残余应力应变影响分析（本科毕业论文设计）,摘要本文在总结前人的工作基础上结合数值计算的方法，对焊接过程产生的应力场及焊后残余应力和变形进行了二维实时动态模拟的研究，提出了基于ansys软件的焊接应力和变形的模拟分析方法，并对不同的焊接接头的应力作了分析，且分析结果与传统的分析结果和理论基本吻合。在模拟...
内容介绍
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焊缝形状对铝合金焊接残余应力应变影响分析（本科毕业论文设计）
摘 要
本文在总结前人的工作基础上结合数值计算的方法，对焊接过程产生的应力场及焊后残余应力和变形进行了二维实时动态模拟的研究，提出了基于ANSYS软件的焊接应力和变形的模拟分析方法，并对不同的焊接接头的应力作了分析，且分析结果与传统的分析结果和理论基本吻合。
在模拟计算时，采用ANSYS软件的热-结构藕合功能，利用间接法，先计算焊接温度场，温度场模拟准确之后保存其结果，再进行焊接应力和变形的计算。
模拟计算中一个最大的问题就是计算时间过长，分析其原因主要有两点：
（1）严重的材料和几何非线性导致求解过程收敛困难:
（2）因热源移动需采用多步载荷进行计算。
为了解决这一问题并提高计算精度，本文对不同温度时材料的物理性能参数进行了一定的选取和处理;采用自由网格划分形式划分网格以保证焊缝处网格足够细小;选取高斯函数分布的热源模型，利用ANSYS软件的APDL(ANSYS Parametric Design Language)语言编写程序实现移动热源的加载;选取适当的计算时间步长;采用“生死单元”法模拟熔池金属的熔化和凝固。
通过研究和算例验证，本文建立了可行的二维焊接应力场的动态模拟分析方法，为复杂焊接结构进行二维焊接应力场的分析提供了理论依据和指导，促进了有限元分析技术在焊接力学分析以及工程中的应用。
关键词:焊接，有限元，数值模拟，ANSYS，应力和变形
ABSTRACT
This paper researched how to realize the2D dynamic simulation of welding stress field and welding deformation when weldment is been welding and welding residual stress and residual deformation when weldment is cooled, then uses the research result to simulate the welding process of board surfacing. At the same time, the calculation result accords with traditional analysis results and theory results.
When calculating, through ANSYS' thermal-structure couples function, firstly calculate welding temperature field and save the result, then use the temperature result as load to calculate welding stress and deformation
The most important problem, we have to face when calculating, is that the counting time is too long. There are three reasons:
(1) Serious material and geometrical nonlinear result in difficult solving convergence.
(2) Have to employ mufti-step load for moving heat source.
In order to solve the problem and improve solution accuracy, this paper chooses stated material property parameter, uses free mesh, chooses Gauss function heat source model, uses ANSYS' APDL (ANSYS Parametric Design Language) to compile program to apply load of moving heat source, chooses suitable time step, uses the method of "birth and death" method to simulate the weld pool's melting and freezing.
Through research and practical verify, this paper establishes a feasible dynamic simulation method on 2D welding stress field and deformation, which provides theory foundation and instruction, promotes the application of FEM (Finite Element Method) on welding mechanics analysis and engineering.
Keywords：
Welding, finite element, numerical simulation field, ansys, stress and deformation
目 录
中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
1.1引言 1
1.2焊接残余应力研究现状及趋势 2
1.3ANSYS软件在焊接残余应力应变分析中现状及发展 3
1.4本课题的重点研究内容及实现途径 4
1.5本课题的意义 4
2 铝合金焊接残余应力 5
2.1焊接残余应力的定义 5
2.2焊接残余应力的分布及测量 5
2.2.1焊接残余应力的分布 5
2.2.2残余应力的测量方法 5
2.3焊接残余应力的作用及影响 5
2.3.1对构件承受载荷能力的影响 5
2.3.2对结构脆裂性断裂影响 6
2.3.3对疲劳强度的影响 6
2.3.4对结构刚度的影响 6
2.3.5 对受压杆件稳定性的影响 6
2.3.6对应力腐蚀的影响 7
2.3.7对构件精度和尺寸稳定性的影响 7
2.4焊接残余应力在构件中的分布特点 7
2.5焊接残余应力的消除和控制 7
2.5.1减小焊接内应力的措施 7
2.5.2减小焊接应力的工艺措施 7
2.5.3焊后消除焊接残余应力的方法 8
3 ANSYS软件简介 9
3.1引言 9
3.2有限元法基本理论 9
3.2.1有限元方法简介 10
3.2.2典型分析步骤 10
3.3有限元程序前后处理技术 11
3.3.1前处理算法 11
3.3.2后处理技术 11
3.4有限元软件ANSYS 12
3.4.1ANSYS软件的分析类型 12
3.4.2ANSYS 的特点 13
3.4.3ANSYS软件结构 15
4 ANSYS焊接仿真分析 16
4.1研究对象 17
4.2计算流程 19
4.3有限元模型的建立 20
4.3.1定义材料的属性 20
4.3.2建立的模型图 21
4.3.3网格的划分 23
4.3.4加载边界条件 24
4.4本章小结 25
5 仿真结果的分析与讨论 26
6结论 31
7致谢 32
8参考文献 33
摘 要
本文在总结前人的工作基础上结合数值计算的方法，对焊接过程产生的应力场及焊后残余应力和变形进行了二维实时动态模拟的研究，提出了基于ANSYS软件的焊接应力和变形的模拟分析方法，并对不同的焊接接头的应力作了分析，且分析结果与传统的分析结果和理论基本吻合。
在模拟计算时，采用ANSYS软件的热-结构藕合功能，利用间接法，先计算焊接温度场，温度场模拟准确之后保存其结果，再进行焊接应力和变形的计算。
模拟计算中一个最大的问题就是计算时间过长，分析其原因主要有两点：
（1）严重的材料和几何非线性导致求解过程收敛困难:
（2）因热源移动需采用多步载荷进行计算。
为了解决这一问题并提高计算精度，本文对不同温度时材料的物理性能参数进行了一定的选取和处理;采用自由网格划分形式划分网格以保证焊缝处网格足够细小;选取高斯函数分布的热源模型，利用ANSYS软件的APDL(ANSYS Parametric Design Language)语言编写程序实现移动热源的加载;选取适当的计算时间步长;采用“生死单元”法模拟熔池金属的熔化和凝固。
通过研究和算例验证，本文建立了可行的二维焊接应力场的动态模拟分析方法，为复杂焊接结构进行二维焊接应力场的分析提供了理论依据和指导，促进了有限元分析技术在焊接力学分析以及工程中的应用。
关键词:焊接，有限元，数值模拟，ANSYS，应力和变形
ABSTRACT
This paper researched how to realize the2D dynamic simulation of welding stress field and welding deformation when weldment is been welding and welding residual stress and residual deformation when weldment is cooled, then uses the research result to simulate the welding process of board surfacing. At the same time, the calculation result accords with traditional analysis results and theory results.
When calculating, through ANSYS' thermal-structure couples function, firstly calculate welding temperature field and save the result, then use the temperature result as load to calculate welding stress and deformation
The most important problem, we have to face when calculating, is that the counting time is too long. There are three reasons:
(1) Serious material and geometrical nonlinear result in difficult solving convergence.
(2) Have to employ mufti-step load for moving heat source.
In order to solve the problem and improve solution accuracy, this paper chooses stated material property parameter, uses free mesh, chooses Gauss function heat source model, uses ANSYS' APDL (ANSYS Parametric Design Language) to compile program to apply load of moving heat source, chooses suitable time step, uses the method of "birth and death" method to simulate the weld pool's melting and freezing.
Through research and practical verify, this paper establishes a feasible dynamic simulation method on 2D welding stress field and deformation, which provides theory foundation and instruction, promotes the application of FEM (Finite Element Method) on welding mechanics analysis and engineering.
Keywords：
Welding, finite element, numerical simulation field, ansys, stress and deformation
目 录
中文摘要 Ⅰ
ABSTRACT Ⅱ
1绪论 1
1.1引言 1
1.2焊接残余应力研究现状及趋势 2
1.3ANSYS软件在焊接残余应力应变分析中现状及发展 3
1.4本课题的重点研究内容及实现途径 4
1.5本课题的意义 4
2 铝合金焊接残余应力 5
2.1焊接残余应力的定义 5
2.2焊接残余应力的分布及测量 5
2.2.1焊接残余应力的分布 5
2.2.2残余应力的测量方法 5
2.3焊接残余应力的作用及影响 5
2.3.1对构件承受载荷能力的影响 5
2.3.2对结构脆裂性断裂影响 6
2.3.3对疲劳强度的影响 6
2.3.4对结构刚度的影响 6
2.3.5 对受压杆件稳定性的影响 6
2.3.6对应力腐蚀的影响 7
2.3.7对构件精度和尺寸稳定性的影响 7
2.4焊接残余应力在构件中的分布特点 7
2.5焊接残余应力的消除和控制 7
2.5.1减小焊接内应力的措施 7
2.5.2减小焊接应力的工艺措施 7
2.5.3焊后消除焊接残余应力的方法 8
3 ANSYS软件简介 9
3.1引言 9
3.2有限元法基本理论 9
3.2.1有限元方法简介 10
3.2.2典型分析步骤 10
3.3有限元程序前后处理技术 11
3.3.1前处理算法 11
3.3.2后处理技术 11
3.4有限元软件ANSYS 12
3.4.1ANSYS软件的分析类型 12
3.4.2ANSYS 的特点 13
3.4.3ANSYS软件结构 15
4 ANSYS焊接仿真分析 16
4.1研究对象 17
4.2计算流程 19
4.3有限元模型的建立 20
4.3.1定义材料的属性 20
4.3.2建立的模型图 21
4.3.3网格的划分 23
4.3.4加载边界条件 24
4.4本章小结 25
5 仿真结果的分析与讨论 26
6结论 31
7致谢 32
8参考文献 33
