焊接应力和变形的数值模拟研究

王爱民（辽宁石化职业技术学院，辽宁 锦州 121001）

焊接应力和变形的数值模拟研究

王爱民（辽宁石化职业技术学院，辽宁 锦州 121001）

在焊接过程当中，焊接中的各种物理参数的变化会对焊接产生相应的变形影响。这些参数包括结构方面的参数、材料参数以及加工参数等。本文主要对焊接应力和变形的数值模拟展开研究。

焊接应力；变形；数值模拟研究

在整个焊接的过程当中，由于焊接时温度分布不同，焊接材料之间也会呈现不同的收缩率。这些因素的存在会在一定层面上导致焊接材料之间的变形。这种变形有持久的也有暂时的。目前，关于焊接变形与焊接应力相关的研究，在学术领域和实践领域并没有达成很大的共识。随着计算机等技术在焊接领域应用的不断广泛，更好地通过模拟的方式来探讨焊接应力与变形成为当前该领域研究的主要方向。

1 焊接应力变形数值模拟理论发展

在学术领域，相关学者通过实践和实验的方式，对焊接应力变形进行了初步的分析。从整体上来看，其探讨仅仅是在表面形式化的方面。随着计算机在焊接领域研究的不断深入，关于焊接应力变形数值模拟也呈现出更加多元的方向发展。例如，通过把所有参数来进行测量。然后利用实验的假设条件，把弹性分析和静态分析结合在一起，可以有效的减少相关的模拟时间，从而提高整个实验结果的准确性。

这种方法在新材料、新工艺的水平的作用下，已经符合了当前的生产及实践的需要，对于今后的焊接应力及变形模拟提供了有效的基础。有学者指出：焊接数值模拟精确建模研究包括精确材料模型的建立,以及夹具拘束作用模型的建立。通过热力学模拟实验，系统研究焊接热循环温度历史对两种有代表性的铝合金材料屈服强度的影响，建立了材料性能依赖于温度及温度历史的材料模型，提高了焊接数值模拟的计算精度。

2 焊接应力和变形的数值模拟

在进行焊接的过程当中，焊接材料经过快速加热的过程，然后进行凝固和冷却，通过对这些问题进行分析，可以有效的说明材料的变形特点。在进行模型的构建过程当中，由于模型本身具有一定的可塑性，由于时间短暂，其发生的塑性应变相对较小，所以要发现这种应变曲线和弹性之间的关系。

有学者通过二维模型将太素体、珠光体等分数进行变量估计并且得出了相反的结论。马氏体相比较而言。从实际计算的角度来看，可以很难进行相关测量。在传统的应变数学描述来说，小一点的假设，对整个情况的变形来说是不恰当的。

这种假设忽略了角度是在旋转，而且还会实现无法实现的假象。在解决焊接中焊缝的过程当中，还需要进行相应额模拟与计算。

3 焊接应力和变形的数值模拟的具体应用

为了达到理想的模拟效果，首先解决热源处理问题。焊接力学的模拟其中的关键技术就是热源处理。在力学模拟中的技术，国内外很多学者都在想方设法提高其计算效率，在高斯热源的相关技术上，通过输入热功率来提升模型。或者进行热源的结合来提出一些灵活实用的模型。借助热源进行平板对焊的比较从而得出近似的结果。进行相关的实际计算，通过问题和网络计算，提高整体的性能效率。利用网格来提高整体的灵活性和方便性。网格技术，在进行焊接应力研究中具有丰富的温度变化。因此一般相关部位进行网格的加密，这种焊接主要为移动热源。有学者开展了不同尺寸与结构形式的焊后残余变形预测，焊接验证实验证明了数值模拟预测结果的准确性。采用数值模拟与实验研究相结合的分析方法，发现结构焊后沿母线的下凹挠曲变形主要由焊缝的横向收缩引起。

由于离焊缝较远所以并不会形成过大的温度梯度，会造成一定存储空间的浪费，这会在很大程度上提高了整体的预算成本。所以通过三维焊接模拟可以随着热源的移动，然后整个网格也会移动。它可以通过一定的自身误差来实行网格的细化，最终将误差减小最低值。一旦误差减少到最低之后，它又会重新回到原始状态。需要注意的是在进行焊接应力过程当中，相关的热弹塑性分析也需要进行温度场计算，因为它牵扯到整个误差的判定问题，

4 焊接应力和变形的数值模拟计算

在整个焊接应力研究中，计算技术是一项研究的主要手段，通过借助现代数学相关的研究领域，可以进行有限元的求解，其主要关注的是一些非线性问题。有学者利用软件对其效率进行了种类齐全的匹配。通过CPU的计算可以减少百分之四百到六百，但是，由于计算程序编程的复杂性导致这一领域很难得到大的开展。相信随着未来整个计算机应用技术领域的不断开拓，相关的技术也会得到发展。在今后的模拟计算的过程当中，应当充分考虑到数学运算的基本规律与具体的焊接应用之间所存在的差距。通过科学的方式来最大效度的提升整个的模拟数据的准确性与有效性。随着计算机在该领域应用范围的不断扩大，其在今后的数值模拟计算的价值与意义也将会得到一个更大层面的彰显。需要指出的是，这是一个循序渐进的过程，需要借助理论与实践的结合来得到更大水平的提高。

5 结语

当前计算机技术在突飞猛进，焊接数值模拟也得到了相关的发展，如何把模拟成果利用到焊接力学是当前整个领域研究的重点，但是在具体的物理模型模型的建构方面还存在着很大的提升空间，希望本文的研究能够有助于焊接技术相关的发展与应用。

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