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基于ANSYS的薄板焊接变形研究

发布时间:2022-04-15 08:41:50 | 浏览次数:

摘 要:随着我国社会经济的快速发展,公路桥梁建设也发展的越来越好,我国已经相继完成了南京长江大桥、上海长江大桥等项目建设,焊接应力是金属结构在加工之后留在焊件内部的内应力,焊接残余应力与变形在一定的条件下会影响到焊件的使用,从而破坏金属加工的稳定性,要想改善薄板的焊接变形问题就需要采取相应的措施,从而延长焊接接头的使用寿命,本文就基于ANSYS的薄板焊接变形问题进行仔细的研究,希望能为以后该方面的工作提供一些帮助。

关键词:ANSYS;薄板;焊接变形;分析研究

中图分类号:TG404 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2017)14-0042-01

21世纪是科技的时代,各种新型技术应用在我国的各个领域中,ANSYS是世界范围内增长最快的计算机辅助工程软件,它在机械制造、电场、土木工程、地矿方面都有着一定的应用,同时ANSYS功能十分强大且操作方便,現在已经成为国际上最流行的分析软件,依据ANSYS有限元理论来对薄板焊接方法进行研究有一定的帮助,焊接是比较复杂的物理与化学过程,在焊接过程中涉及到的参数很多,通过只凭借工艺试验来了解焊接过程,成本比较昂贵且费时费力,本文就对基于ANSYS的薄板焊接变形问题进行分析。

1 基于ANSYS的薄板焊接变形研究

1.1 薄板焊接结构

薄板的焊接结构是研究焊接变形中最主要的部分,薄板的焊接结构通常是由多块纵向拼接的侧板以及上侧梁组成,上侧梁1根,侧柱11根,在焊接之后形成的长度主要是10618毫米,薄板的正面总共有36条长焊缝,背面有9条长焊缝,可见其焊接量比较大,这样就很容易出现焊接变形。对于薄板结构中的有限元模型采用的是四节点的四边形,固有应变的加载是将应变值作为初始值加在固有应变区,还可以相应的简化模型,在进行实际焊接的时候,应该保证焊接电弧电压是26V,电流是230A,焊接速度是每分钟600毫米,焊接数值模拟中常利用热源的形式,根据材料自身的导热性获得热量,有限元模型主要包括温度边界条件与机械约束边界条件,在机械约束边界条件中主要考虑的是焊接中对焊件的约束。

1.2 基于ANSYS的薄板焊接变形分析

基于ANSYS通用软件来对薄板进行线性与非线性分析,然后通过线性的计算,让第一阶的屈曲因子小于1,再采用大变形的方式来确定出薄板焊接变形的大小情况,经过一系列计算,可以发现在第一道工序的时候焊接变形比较小,主要是在薄板的两端。第二道工序产生的变形比较大,第三道工序能让侧板出现一定的变形,其变形数值为8.8毫米,第四道工序变形主要出现在第一、二跨的上部位置,最大变形能从10.1毫米一直变化到25.2毫米。由于仿真结果只能给出薄板的相对变形情况,并不能反映出跨距内平面度的大小,因此在检测的时候要保证每平方米的平面误差不能大于指定值,根据最小区域法来对平面度误差进行分析,也是在将实际平面的距离进行测量的问题。

1.3 不同焊接因素对变形的影响

对薄板变形产生影响的是由于不同的焊接因素,(1)为了降低薄板的焊接变形,可以利用正交试验的方法,通过选择较好的生产工艺方案,才分析影响变形的因素,还要充分考虑到焊接的结构参数,极差大小也能影响指标的主次,通过对极差的分析可以看出板厚、电弧电压、焊接电流以及焊接速度的极差数值变化,因此在试验中各因子对薄板变形的影响顺序是板厚、电弧电压、焊接速度以及焊接电流。(2)对数值模拟的分析。在温度场的计算过程中,主要是进行瞬态的计算,在起弧的时候会有一个很小的时间段来进行初始温度场的计算,利用ANSYS的APDL语言可以实现热源载荷移动,并实现移动热源的加载。通过一些循环计算也能确保整个焊接过程温度场的变化,在刚开始的时候内,温度是不稳定的,但随着焊件的逐渐升温,焊件就会形成一定的准稳温度场,也就是说焊接上的热源是不断移动的,同时焊件上的温度随着时间的变化而变化,在刚开始的时间内温度是不稳定的,当焊件不断升温之后,焊机就可以形成稳定的温度场,各个点会根据均衡的温度沿着焊件方向进行推进。在焊接的过程中要距离焊缝中心线0、5、10、15、20毫米的各点的热循环曲线,当焊接的热源沿着焊接方向移动的时候,焊件上的温度就可以不断升高,当到达最大值的时候又开始从高到低,不断随着时间变化而变化,同时各点的升温速度是明显大于冷却速度的,在冷却的时候应该保持各点温度不断接近于焊件本身的温度。

2 结语

综上所述,主要对基于ANSYS的薄板焊接变形进行研究,可以看出,基于ANSYS软件平台能够将移动热源作为电弧热输入模式来进行,并采用适当的热边界来准确的模拟铝合金薄板焊接过程,利用ANSYS软件的相应语言,能够很好的模拟焊接电弧移动加热过程,从而实现参数化的编程。对温度场的动态过程与焊件上不同的热循环进行分析,从而得到焊件温度场的分布规律,为以后的焊接应力提供了一定的基础。相信在众多专业人员的共同努力下,未来我国焊接方面将会取得更大的进步。

参考文献

[1]王德伦,肖荣光.基于ANSYS的车身薄板件点焊漂移偏差仿真[J].四川兵工学报,2012.

[2]林莉莉,石莹.基于ANSYS的薄壁箱形梁的焊接温度场分析[J].焊接技术,2014.

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本文标题:基于ANSYS的薄板焊接变形研究
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