管道環(huán)形焊縫殘余應力數(shù)值模擬分析及焊接工藝優(yōu)化.pdf

1、管道是現(xiàn)代常用的一種運送物料的設備，主要由焊接成型。像其它焊接結(jié)構(gòu)一樣，管道在焊接過程中同樣經(jīng)歷急劇地非平衡加熱及冷卻過程，焊后產(chǎn)生焊接殘余應力與變形，過大的焊接殘余應力與變形勢必影響到管道焊接接頭或結(jié)構(gòu)的承載能力、使用性能，甚至引起斷裂。因此，對管道焊接殘余應力的預測具有很重要的現(xiàn)實意義。本文采用數(shù)值模擬計算和實驗相結(jié)合的方法研究管道焊接殘余應力的分布規(guī)律，為工程實際應用提供理論依據(jù)。
　　本文闡述了焊接過程的數(shù)值模擬涉及到的溫

2、度場和應力場的基本理論以及數(shù)值模擬分析方法。在數(shù)值模擬計算過程中，采用軟件提供的熱-結(jié)構(gòu)耦合功能，首先對管道環(huán)形焊縫的焊接溫度場進行數(shù)值模擬計算，然后選用間接耦合法，將溫度場的模擬計算結(jié)果作為載荷施加到應力場分析的計算中，就可以便捷快速地實現(xiàn)熱-彈塑性應力數(shù)值模擬計算。為提高模擬計算的精度，對高溫時的材料物理性能參數(shù)進行了適當?shù)奶幚砗瓦x取，對焊縫處網(wǎng)格進行細化，選用常用的雙橢球形體熱源作為焊接熔池部分的內(nèi)熱源，采用APDL二次開發(fā)語言施

3、加載荷并完成求解。
　　對管道焊接環(huán)形焊縫進行模擬計算，得到了管道焊接接頭在不同時刻的溫度場分布以及軸向、環(huán)向應力場分布。數(shù)值模擬結(jié)果與試驗測量值相近，證明了有限元法能夠有效地預測管道環(huán)形焊縫接頭的焊接殘余應力，可為焊接工藝參數(shù)的選取提供參考。
　　在上述的研究基礎之上，選用正交試驗設計方法，以焊接Von Mises應力作為評價標準，對電弧電壓、焊接電流、坡口間隙和焊接速度四個因素進行正交試驗設計。并利用有限元分析軟件ANS