【摘 要】
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焊接残余应力与变形预测已成为许多制造工艺中的一个重要问题。在焊接冷却过程中,焊缝金属收缩受到母材金属的限制,在焊缝处往往会累积较大的拉伸应力和变形。桥梁结构全焊接整体包括T型焊接接头、十字焊接接头和箱型梁等,不同结构的三维应力和变形分析是一个复杂的问题。本文针对低合金结构钢Q370q E的不同焊接结构,采用有限元模拟软件SYSWELD,对不同焊接接头的温度场,应力场和变形场进行分析,论文主要研究内
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焊接残余应力与变形预测已成为许多制造工艺中的一个重要问题。在焊接冷却过程中,焊缝金属收缩受到母材金属的限制,在焊缝处往往会累积较大的拉伸应力和变形。桥梁结构全焊接整体包括T型焊接接头、十字焊接接头和箱型梁等,不同结构的三维应力和变形分析是一个复杂的问题。本文针对低合金结构钢Q370q E的不同焊接结构,采用有限元模拟软件SYSWELD,对不同焊接接头的温度场,应力场和变形场进行分析,论文主要研究内容和结果如下:（1）对不同接头有限元模型进行研究。采用实验和模拟的方法,对T型接头,十字接头的有限元模型进行研究,建立了Q370q E钢T型接头双椭球热源有限元模型,模型参数设定为总热输入Q=24.1Kj/cm,熔池长a=22.6mm、半熔宽b=8.4mm,熔深c=10.2mm时,热循环曲线较为吻合,焊接残余应力误差率小于15%;建立了Q370q E钢十字接头双椭球热源有限元模型,模型参数设定为总热输入Q=21.8Kj/cm,熔池长a=20.8mm、半熔宽b=8.2mm,熔深c=10.2mm时,热循环曲线较为吻合,焊接残余应力误差率小于10%。（2）对不同接头的焊接温度场和应力场演变进行研究。以焊接有限元分析软件SYSWELD为计算工具,分析了焊接温度场和焊接应力场数值模拟过程。通过对几何模型的确定、网格的划分、热源和热交换系数的设定和材料属性的定义获得并分析了温度场和应力场结果,并对T型焊和十字焊的焊接残余应力和焊接变形演变进行了分析,最终得出了温度场和应力场演变规律,温度场结果表明当焊缝热源走过某节点时,该节点温度升高,随着热源向前移动,高温范围逐渐扩大,焊接结束后,焊件开始冷却,各个节点温度趋于室温,多道焊时的焊缝往往会经历多次焊接热循环;应力场结果表明每道的焊缝中心受热源影响较大,温度冷却快,焊缝收缩剧烈,残余应力较大,部分位置可以达到屈服强度,远离焊缝处受热源影响较小,残余应力相对较小。（3）对十字焊的焊接残余应力及变形进行研究。在十字焊接中,焊接顺序对残余应力的大小、分布以及角变形量影响显著,焊接方向对残余应力和角变形影响较小。不同的焊接顺序中,对角依次焊接时峰值应力最小,能将峰值应力降低20%左右,一组对角同时焊接后,再将另一组对角同时焊接,焊接角变形最小,Z向变形在±0.5mm以内;焊接速度加大,焊缝纵向残余应力增大,横向残余应力变化不大明显,焊接变形增加。（4）对箱型梁的焊接残余应力和变形进行研究。对不同顺序下焊接残余应力和变形进行模拟,得到了各个焊接顺序下的残余应力和变形分布。结果表明,在箱型梁单层焊接时,焊接顺序对残余应力的大小及分布影响较小,峰值应力都在300MPa左右;在箱型梁结构双层焊接时,采用对角依次焊方式焊接第一层四道焊缝后,再同方式进行第二层四道焊缝焊接时的峰值焊接残余应力最小,峰值应力为324MPa。
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