焊接應力和變形的數值模擬研究

王愛民（遼寧石化職業技術學院，遼寧 錦州 121001）

焊接應力和變形的數值模擬研究

王愛民（遼寧石化職業技術學院，遼寧 錦州 121001）

在焊接過程當中，焊接中的各種物理參數的變化會對焊接產生相應的變形影響。這些參數包括結構方面的參數、材料參數以及加工參數等。本文主要對焊接應力和變形的數值模擬展開研究。

焊接應力；變形；數值模擬研究

在整個焊接的過程當中，由于焊接時溫度分布不同，焊接材料之間也會呈現不同的收縮率。這些因素的存在會在一定層面上導致焊接材料之間的變形。這種變形有持久的也有暫時的。目前，關于焊接變形與焊接應力相關的研究，在學術領域和實踐領域并沒有達成很大的共識。隨著計算機等技術在焊接領域應用的不斷廣泛，更好地通過模擬的方式來探討焊接應力與變形成為當前該領域研究的主要方向。

1 焊接應力變形數值模擬理論發展

在學術領域，相關學者通過實踐和實驗的方式，對焊接應力變形進行了初步的分析。從整體上來看，其探討僅僅是在表面形式化的方面。隨著計算機在焊接領域研究的不斷深入，關于焊接應力變形數值模擬也呈現出更加多元的方向發展。例如，通過把所有參數來進行測量。然后利用實驗的假設條件，把彈性分析和靜態分析結合在一起，可以有效的減少相關的模擬時間，從而提高整個實驗結果的準確性。

這種方法在新材料、新工藝的水平的作用下，已經符合了當前的生產及實踐的需要，對于今后的焊接應力及變形模擬提供了有效的基礎。有學者指出：焊接數值模擬精確建模研究包括精確材料模型的建立,以及夾具拘束作用模型的建立。通過熱力學模擬實驗，系統研究焊接熱循環溫度歷史對兩種有代表性的鋁合金材料屈服強度的影響，建立了材料性能依賴于溫度及溫度歷史的材料模型，提高了焊接數值模擬的計算精度。

2 焊接應力和變形的數值模擬

在進行焊接的過程當中，焊接材料經過快速加熱的過程，然后進行凝固和冷卻，通過對這些問題進行分析，可以有效的說明材料的變形特點。在進行模型的構建過程當中，由于模型本身具有一定的可塑性，由于時間短暫，其發生的塑性應變相對較小，所以要發現這種應變曲線和彈性之間的關系。

有學者通過二維模型將太素體、珠光體等分數進行變量估計并且得出了相反的結論。馬氏體相比較而言。從實際計算的角度來看，可以很難進行相關測量。在傳統的應變數學描述來說，小一點的假設，對整個情況的變形來說是不恰當的。

這種假設忽略了角度是在旋轉，而且還會實現無法實現的假象。在解決焊接中焊縫的過程當中，還需要進行相應額模擬與計算。

3 焊接應力和變形的數值模擬的具體應用

為了達到理想的模擬效果，首先解決熱源處理問題。焊接力學的模擬其中的關鍵技術就是熱源處理。在力學模擬中的技術，國內外很多學者都在想方設法提高其計算效率，在高斯熱源的相關技術上，通過輸入熱功率來提升模型。或者進行熱源的結合來提出一些靈活實用的模型。借助熱源進行平板對焊的比較從而得出近似的結果。進行相關的實際計算，通過問題和網絡計算，提高整體的性能效率。利用網格來提高整體的靈活性和方便性。網格技術，在進行焊接應力研究中具有豐富的溫度變化。因此一般相關部位進行網格的加密，這種焊接主要為移動熱源。有學者開展了不同尺寸與結構形式的焊后殘余變形預測，焊接驗證實驗證明了數值模擬預測結果的準確性。采用數值模擬與實驗研究相結合的分析方法，發現結構焊后沿母線的下凹撓曲變形主要由焊縫的橫向收縮引起。

由于離焊縫較遠所以并不會形成過大的溫度梯度，會造成一定存儲空間的浪費，這會在很大程度上提高了整體的預算成本。所以通過三維焊接模擬可以隨著熱源的移動，然后整個網格也會移動。它可以通過一定的自身誤差來實行網格的細化，最終將誤差減小最低值。一旦誤差減少到最低之后，它又會重新回到原始狀態。需要注意的是在進行焊接應力過程當中，相關的熱彈塑性分析也需要進行溫度場計算，因為它牽扯到整個誤差的判定問題，

4 焊接應力和變形的數值模擬計算

在整個焊接應力研究中，計算技術是一項研究的主要手段，通過借助現代數學相關的研究領域，可以進行有限元的求解，其主要關注的是一些非線性問題。有學者利用軟件對其效率進行了種類齊全的匹配。通過CPU的計算可以減少百分之四百到六百，但是，由于計算程序編程的復雜性導致這一領域很難得到大的開展。相信隨著未來整個計算機應用技術領域的不斷開拓，相關的技術也會得到發展。在今后的模擬計算的過程當中，應當充分考慮到數學運算的基本規律與具體的焊接應用之間所存在的差距。通過科學的方式來最大效度的提升整個的模擬數據的準確性與有效性。隨著計算機在該領域應用范圍的不斷擴大，其在今后的數值模擬計算的價值與意義也將會得到一個更大層面的彰顯。需要指出的是，這是一個循序漸進的過程，需要借助理論與實踐的結合來得到更大水平的提高。

5 結語

當前計算機技術在突飛猛進，焊接數值模擬也得到了相關的發展，如何把模擬成果利用到焊接力學是當前整個領域研究的重點，但是在具體的物理模型模型的建構方面還存在著很大的提升空間，希望本文的研究能夠有助于焊接技術相關的發展與應用。

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