焊接动态位移场的建模与数值模拟 焊接过程的数值模拟是焊接技术从"技艺"走向"科学"的重要标志之一。本文利用热弹塑性理论建立了焊接过程动态位移场的本构方程,并根据高温区的特点建立了包含材料非线性、变化环境参数等因素在内的位移场有限元分析模型,利用Ansys实现了基于间接耦合的热-力学场的计算。本文利用激光电子散斑干涉测量技术测得的实际位移场对与有限元计算结果进行了比较,结果证明计算结果与实测结果吻合良好。 序 言 作为先进制造技术中的一个重要的组成部分,未来焊接技术的发展将从"技艺"走向"科学",而焊接过程模拟技术的发展是其重要的标志[1]。自从Rosenthal的移动热源固体导热模型和建立焊接温度场的解析解以来[2],众多焊接工作者努力研究焊接过程的计算机模拟技术,如日本的上田幸雄首先利用有限元技术分析了焊接过程的应力和应变[3]。 目前在焊接领域的模拟对象方面主要包括温度、位移、应变、应力等。其中真正对整体结构性能产生影响的是应力和应变,这才是模拟的最终对象。但是应力和应变比较难以进行试验验证(现有的检测手段多为不耐高温或者是破坏性的),所以从是否适合结果验证这一角度来说,应该以位移场作为直接模拟量,在对模拟量的正确性进行验证后,导出应力应变结果进行分析。 1 本构方程的建立 本构关系的建立与材料的状态密切相关。焊接过程金属构件要经历两个阶段:加热和冷却,某一时刻构件上会有固相区、液相区和固液共存区,影响着计算时所采用的方程。固液共存区存在很大的粘性,符合粘弹塑性有限元,但由于焊接条件下冷却速度快,固液区存在时间短,可以忽略不计[4],因此主要考虑固相区和液相区。固态区的应力、应变服从热弹塑性理论,根据等向强化Von Mises屈服准则和Prandtl-Reuss流动增量理论推导的材料性质依赖于温度的热弹塑性增量应力应变关系式即增量本构方程, |
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