李强有限元作业论文.docx

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李强有限元作业论文

华北科技学院

薄板对接焊过程中的温度场有限元模拟

学院机电工程学院

年级专业机制zb112班

学生姓名李强

学号201102022214

完成日期2012年5月

引言

随着我国经济的迅速发展，薄板的焊接技术在国防、航空、化工及电子等部门的应用越来越普遍，超薄板的焊接也越来越多。

尤其是不锈钢薄板的焊接应用范围相当广泛，如在航空航天、电子器件、医疗器械、核工业、机械仪表等领域均匀广泛的应用。

焊接时工件中热和应力的分布直接影响焊件的质量，因而人们对此开展了广泛的研究。

本文针对薄板焊接时的温度分布问题进行了研究，并分析了焊接速度和焊接电流对其的影响，为焊接应力场和焊接变形的分析奠定了基础。

建模时，为了便于网格划分，一般按焊接区，近焊区和远焊区三部分建模。

1有限元建模

保板对接焊工艺广泛应用于化学工业、航天工业、核能工业和电子工业等领域。

在薄板的对接焊过程中，焊件的温度随时间和空间急剧变化，易形成在时间和空间域内梯度都很大的不均匀温度场，而温度场的分布决定着焊缝区和热影响区的范围，对焊接接头的质量有着直接影响。

本课题拟采用有限元分析方法对薄板对接焊过程中的温度场进行动态模拟，这对研究焊件中的残余应力分布与残余变形有着极其重要的意义。

这样可以在网格划分时，对不同区域的网格密度分别进行处理，有利于提高计算的准确性。

焊接温度场准确模拟的关键在于提供准确的材料属性、热源模型与实际热源的拟合程度、热源移动路径的准确定义、边界条件是否设置恰当等。

下面对焊接数值计算中两个关键问题进行详细说明。

1．1材料的物理性能设置

金属材料的物理性能参数，如比热容、热导率、换热系数、弹性模量、屈服应力、屈服后弹性模量等一般都随温度的变化而变化。

本文给出的材料的热物理性能如表l所示。

1．2热源选择及加载

不同的焊接方法需要采用合适的热源模型来进行模拟。

焊接速度不太快，电孤冲击力不太大的情况可以采用高斯热源模型。

而对于电弧冲力效应较大的焊接方法，如熔化极氩弧焊和激光焊接，常采用双椭球形热源分布函数。

从球状、椭球到双椭球热源模型，每一种模型都比前一种更准确，但也伴随着计算量的增加。

双椭球热源模型适于焊接，圆锥热源模型适于激光、电子束等焊接。

本文采用双椭球热源模型，该热源模型分布函数由两部分组成，y轴前半部分的椭球内部热流密度分布为

y轴后半部分的椭球内部热流密度分布为

2有限元分析结果及分析

本实例采取200x100x3mm的两块钢板焊接，假设焊缝与母材为等强连接，采取60度的V型坡口对接焊。

在焊接过程中，焊接中心温度不断升高，在焊接终了时候达到最高温度，随着时间的累积，整个焊件最低温度也在不断升高。

当焊接结束后，各点处温度基本趋于相同，并且随时间以近似相等的下降。

不同测点温度与时间关系

3焊接工艺参数对对温度场的影响分析

焊接中各工艺参数对焊件最终的质量影响很大

4结论

1在焊接过程中，焊件在热源中心处温度很高，焊件整体温度不断升高，焊接完成后，焊接温度迅速降低，并趋于一致。

2随着焊接速度的增加，温度场最高温度降低，而随着焊接电流的增加，温度场最高温度升高；

3通过焊接温度场的分析，一方面为焊接工艺参数确定提供了指导，另一方面为焊接应力场以及变形的研究提供了基础。

5参考文献

[1]中国机械工程学会焊接学会，焊接手册第一卷焊接方法及设备[-I]。

北京机械工业出版社，1995年6月

[2]汪建华，焊接结构三维热变形的有限元模拟[M]，上海交通大学学报，1994．28（6）：

[3]鹿安理焊接过程仿真领域的若干关键技术问题及其初步研究

[4]雷卡林著，庄鸿寿，徐碧字等译，焊接热过程计算北京：

中国工业出版社，1958．24—78

[5]武传松，焊接热过程数值分析[M]，哈尔滨：

哈尔滨工业大学出版社，1990．12，

[6]陈楚等，数值分析在焊接中的应用[M]，上海：

上海交通大学出版社，1985．1287

[7]林德超，焊接过程应力应变特征及其控制的数值模拟[D]西安：

西安交通大学

[8]汪建华，焊接结构三维熟变形的有限元模拟上海交通大学学报。

1994．6，28

[9]中国机械工程学会焊接学会，焊接手册第二卷材料的焊接，北京：

机械工业出版社，1995．6

[10]中国机械工程学会焊接学会，焊接手册第三卷焊接结构，北京：

机械工业出版社，1995．6

[11]汪建华等。

管板接头三维焊接变形的有限元模拟闭．焊接学报，1999