焊接应力变形有限元计算及其工程应用

前言

第1章 焊接应力变形及其有限元计算过程1

1.1焊接应力变形1

1.1.1焊接应力分布特征1

1.1.2焊接残余应力的影响6

1.1.3大厚板焊接残余应力分布7

1.1.4焊接变形11

1.2焊接应力变形有限元计算过程12

参考文献16

第2章 焊接温度场有限元计算20

2.1热源模型20

2.1.1高斯表面热源21

2.1.2双椭球热源模型21

2.1.3均匀体热源模型22

2.1.4锥形体热源23

2.1.5带状热源23

2.1.6组合热源25

2.2焊接温度场有限元计算过程27

2.2.1堆焊温度场27

2.2.2多道焊接二维温度场33

2.2.3激光深熔焊接41

2.2.4T形接头49

2.2.5电子束焊接57

2.2.6多道对接焊三维温度场65

参考文献72

第3章 焊接应力变形有限元计算过程76

3.1表面堆焊76

3.1.1建立应力变形计算网格模型76

3.1.2定义材料力学性能76

3.1.3施加边界条件76

3.1.4应力变形计算过程77

3.1.5计算结果77

3.2T形接头79

3.2.1应力和变形测试79

3.2.2计算模型80

3.2.3计算代码80

3.2.4计算结果82

3.3厚钛合金板电子束焊接84

3.3.1计算模型和边界条件84

3.3.2计算结果84

3.3.3计算代码85

3.4碳钢多道焊接87

3.4.1计算过程87

3.4.2焊缝生长的模拟87

3.4.3计算结果88

3.4.4计算代码89

参考文献91

第4章 焊接应力变形有限元计算精度的影响因素93

4.1引言93

4.2网格敏感性94

4.2.1计算模型94

4.2.2计算结果分析96

4.3热源分段99

4.3.1变形分析100

4.3.2残余应力分析101

4.4载荷步数102

4.4.1计算模型102

4.4.2计算结果分析103

4.5拘束条件107

4.5.1夹具和工作台的夹持在计算模型中的实现107

4.5.2可变夹紧力和弹性夹具在有限元模型中的实现115

4.6二维和三维模型116

参考文献119

第5章 焊接应力变形高效有限元计算122

5.1引言122

5.2几种高效计算方法原理与发展123

5.2.1维数降低法123

5.2.2网格自适应方法124

5.2.3焊道集中方法124

5.2.4子结构法126

5.2.5局部—全局法127

5.2.6固有应变与收缩力法128

5.2.7分段移动热源法128

5.2.8高效焊接应力变形计算技术分类129

5.3三维动态子结构法131

5.3.1焊接过程特点分析131

5.3.2子结构方法132

5.3.3焊接应力变形动态子结构法有限元计算133

5.4改进的横纵收缩分离算法136

5.4.1算法原理和计算过程136

5.4.2铝合金焊接139

5.4.3低碳钢堆焊143

5.5迭代子结构法148

5.5.1迭代子结构的基本思想148

5.5.2迭代子结构法稳定性分析150

5.5.3长T形焊缝焊接变形151

5.5.4大型结构焊接角变形153

5.6固有应变方法156

5.6.1固有应变概念及其实现过程156

5.6.2回流器焊接变形预测159

参考文献171

第6章 焊接应力变形机理及影响因素有限元计算研究176

6.1引言176

6.2厚壁管道多道焊接应力变形演化过程176

6.2.1厚壁管道焊接试验176

6.2.2计算模型177

6.2.3计算结果及分析179

6.2.4轴向收缩高效计算182

6.2.5厚壁管道焊接的应力演化过程186

6.3局部去除材料对焊接应力影响196

6.3.1试验过程196

6.3.2有限元模型和计算过程198

6.3.3模型验证198

6.3.4结果和讨论200

6.4外拘束力对焊接应力变形的影响205

6.4.1焊接应力变形三维多体耦合有限元计算205

6.4.2外拘束对焊接变形的影响211

6.4.3外拘束对焊接应力的影响214

6.5外拘束控制T形接头焊接角变形研究219

6.5.1刚性夹持和外部拘束控制变形有限元计算219

6.5.2试验分析222

参考文献225

第7章 大型复杂焊接结构应力变形有限元计算工程应用227

7.1前齿轮—法兰装配体激光深熔焊应力变形227

7.1.1计算模型227

7.1.2材料属性228

7.1.3边界条件229

7.1.4计算过程230

7.1.5计算结果与讨论231

7.2大型厚壁筒体斜插弯管接头应力变形快速预测235

7.2.1有限元模型236

7.2.2简化计算及其结果比较237

7.2.3利用简化模型进行快速预测241

7.3大型核电转子构件焊接应力243

7.3.1计算模型244

7.3.2计算过程245

7.3.3焊接温度场246

7.3.4焊接残余应力场249

7.3.5焊后热处理的有限元计算250

7.3.6焊接微区力学性能对应力场的影响257

参考文献260

彩图

《焊接应力变形有限元计算及其工程应用》系统介绍了采用有限元计算方法研究材料与结构焊接过程中产生的焊接应力变形问题的基本方法与结果，重点对有限元计算实现技巧和程序设计、焊接应力变形特点表征进行详细描述。主要包括焊接过程温度场的有限元计算过程，焊接应力变形计算过程，焊接应力变形有限元计算精度及其影响因素，焊接应力变形高效有限元计算方法，基于有限元计算的焊接应力变形机理及其影响因素，大型焊接结构应力变形有限元计算工程应用。

《焊接应力变形有限元计算及其工程应用》可作为大专院校焊接技术与工程、材料成型与控制工程、材料加工工程等专业师生的教学参考用书，也可作为科研单位焊接工作者、工厂企业焊接技术人员的参考书。