焊接是一个局部快速加热到高温,并随后快速冷却的过程。随着热源的移动,整个焊件的温度随时间和空间急剧变化,材料的物理性能参数也随温度变化,同时还存在熔化潜热现象。因此,焊接温度场的分析属于典型的非线性瞬态热传导分析。因为焊接温度分布十分不均匀,在焊接过程中及焊后将产生相当大的焊接应力。焊接应力的计算既有大应变等几何非线性问题又有弹塑性变形等材料非线性问题。本文以热-弹塑性理论为基础,利用有限元软件ANSYS对T型接头、对接接头焊件的焊接温度场和应力场进行三维数值仿真,本文主要做了如下几个方面的研究工作:1.建立了T型接头焊接温度场及应力场的三维移动热源有限元分析模型。为了提高计算精度,本文考虑了材料的热物理性能和力学性能随温度的变化;采用过渡网格划分形式以保证焊缝处网格足够细小,选取适当的时间步长,采用了单元生死技术模拟焊接过程。2.虽然焊接温度场与应力场是双向耦合的,但由于应力场对温度场的影响非常小,加上计算条件的限制,所以本文只考虑温度场对应力场的影响这一单项耦合。在模拟计算时,采用间接法,先计算温度场,再进行焊接应力场的计算。这样可以节省大量的时间,使计算较为合理、高效。3.温度场的计算结果:分析了几个关键点的热循环曲线符合焊接过程温度变化规律,对接接头焊缝最高温度为2020℃,T型接头焊缝最高温度为1994℃;分析了不同时刻焊接温度场等值图,结论基本符合经典理论的结果。4.应力场的计算结果:分析了对接接头焊缝中心线和垂直焊缝中心线上的各节点残余应力变化规律,焊缝上纵向残余应力最大为203MPa,垂直焊缝中心线上纵向残余应力最大为213MPa;分析了T型接头不同时刻沿不同路径的应力变化规律,沿焊缝中心线方向,纵向应力最大为213MPa。沿垂直于焊缝中心线的方向,焊缝及其附近区域出现拉应力,纵向应力最大为209MPa;随着离开焊缝中心线距离的增加,拉应力逐渐减小并转化为压应力,压应力最大为107MPa。