焊接變形和殘余應力預測方法的比較

焊接變形和殘余應力預測方法的比較

汽車制造過程中，常借助不同的焊接技術實現金屬材料之間的連接。無論采用什么焊接方法，在焊接點附近都會出現不可逆的彈性和塑性應變，使焊接點附近產生殘余應力。這種伴隨焊接過程產生的焊接變形和殘余應力直接影響焊接點的性能，如對其進行精確的預測，則能夠實現焊接點性能的改善，保證焊接結構的完整性。

有限元分析方法和計算機技術的發展，實現了利用有限元軟件對焊接變形和殘余應力進行預測。商業化有限元軟件ANSYS中常用的預測方法為移動熱流法和單元生死法。移動熱流法通過構建焊接熱源模型表示焊接過程中產生的局部集中熱輸入，忽略焊接點產生的熱對流和熱輻射，只考慮熱傳導造成的焊接點熱影響區的應變，從而預測焊接變形和殘余應力。單元生死法是在有限元分析時，針對焊接過程的不同階段，“殺死”（將單元屬性設置為零）一部分單元，不參與模型的求解，并根據需要“復活”一部分單元，實現焊接過程的真實模擬。建立一個圓柱形底部焊接模型對這兩種預測方法進行對比。首先建立圓柱形底部焊接的有限元模型，之后設定材料屬性、約束條件和加載條件，最后對建立的有限元模型進行求解。結果顯示，與移動熱流法相比，單元生死法對焊接變形的預測結果高8%、殘余應力的預測結果高11%，更接近真實的焊接結果，但其有限元分析時間比移動熱流法高32%。

Venkata Suresh Yaparala et al.SAE 2016-01-1352.

編譯：李臣