921A鋼焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬與測(cè)量共3篇921A鋼焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬與測(cè)量1一、概述

焊接是現(xiàn)代工業(yè)中一項(xiàng)重要的加工技術(shù)，它是將工件熔化并加以填充在相鄰兩個(gè)部分上來(lái)進(jìn)行連接。焊接可分為手工焊、氣焊、電焊、激光焊等多種方式。921A鋼是高強(qiáng)度合金鋼，焊接過(guò)程中極易產(chǎn)生殘余應(yīng)力，對(duì)其焊接質(zhì)量和使用安全性會(huì)產(chǎn)生影響。因此，針對(duì)921A鋼的焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬與測(cè)量的研究顯得十分必要。

二、焊接殘余應(yīng)力的成因

焊接造成的殘余應(yīng)力是由熱塑性材料在其原始冷卻溫度以上被瞬間制成組裝物時(shí)難以被消除的殘余物理應(yīng)力，它會(huì)引起變形和裂縫在焊接結(jié)構(gòu)中。殘余應(yīng)力產(chǎn)生的原因主要有以下三種：

1.熔化池的形成和冷卻-熔化池在焊接加熱周期中形成，并在焊接結(jié)束后冷卻成固態(tài)，這個(gè)過(guò)程決定了殘余應(yīng)力的強(qiáng)度和分布。

2.結(jié)構(gòu)變形-焊接過(guò)程中發(fā)生結(jié)構(gòu)變形會(huì)導(dǎo)致殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。處理這種情況的方法是要盡量減小變形度。

3.自然作用-即使沒(méi)有以上兩種情況的作用，也會(huì)有產(chǎn)生殘余應(yīng)力的可能性。

三、數(shù)值模擬殘余應(yīng)力的步驟

1.模型的建立-根據(jù)板件幾何尺寸，確定鋼板的設(shè)計(jì)尺寸，大致將鋼板分為網(wǎng)格，制作單元網(wǎng)格模型。

2.加載條件和約束-考慮到模擬實(shí)際的焊接過(guò)程還需要考慮熱電耦合方程和傳熱方程。因此，我們可以通過(guò)工程軟件模擬出熔化池形成和冷卻的過(guò)程，同時(shí)考慮材料特性與溫度，輸出殘余的應(yīng)力和變形信息。

四、數(shù)值模擬計(jì)算流程圖：


五、焊接殘余應(yīng)力的測(cè)量

數(shù)值模擬計(jì)算出來(lái)的焊接殘余應(yīng)力，需要通過(guò)實(shí)際測(cè)試來(lái)驗(yàn)證。以下是768mm*534mm*21mm板與4mm板的角鋼進(jìn)行對(duì)接焊接后殘余應(yīng)力實(shí)驗(yàn)的測(cè)量過(guò)程：

1.在板的表面上面選擇一個(gè)需要測(cè)量的點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)記

2.在標(biāo)記點(diǎn)附近底面垂直于鋼板的方向固定測(cè)量工具

3.用相應(yīng)的測(cè)量工具測(cè)量標(biāo)記點(diǎn)的殘余應(yīng)力

4.在測(cè)量時(shí)需要注意工具是否有誤差，注意測(cè)量時(shí)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性

六、結(jié)論

在焊接過(guò)程中，焊接殘余應(yīng)力對(duì)焊接質(zhì)量和使用安全性都有著重要的影響。因此，需采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試的方法進(jìn)行分析和研究，使焊接過(guò)程更加安全可靠。921A鋼焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬與測(cè)量2焊接是一種常見的加工方法，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。焊接過(guò)程中，由于加熱和冷卻過(guò)程的不均勻性，會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這種殘余應(yīng)力對(duì)于焊接件的設(shè)計(jì)和使用會(huì)產(chǎn)生重要的影響，因此研究焊接殘余應(yīng)力具有重要的意義。本文將介紹921A鋼焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬與測(cè)量。

一、數(shù)值模擬

1.1模型建立

本文采用有限元方法進(jìn)行模擬。模型結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是一個(gè)長(zhǎng)方體結(jié)構(gòu)。用ABAQUS軟件建立模型，并將模型分為兩個(gè)部分：焊接部分和未焊接部分。焊接部分是從未焊接部分中挖出的一段，它的大小、形狀和焊接位置與實(shí)際情況相符。模型的尺寸為100mm×50mm×10mm。焊接部分長(zhǎng)50mm，寬30mm，高3mm。使用線性彈性理論，將材料的彈性模量和泊松比設(shè)置為E=210GPa，ν=0.3，并假設(shè)鋼材為各向同性材料。

1.2模型計(jì)算

模型的計(jì)算過(guò)程包括：網(wǎng)格劃分、施力、邊界條件的設(shè)定、材料的力學(xué)參數(shù)（彈性模量、泊松比、熱膨脹系數(shù)、比熱容等）、非線性材料變形特性、加熱源等的設(shè)定。

在進(jìn)行計(jì)算之前，需要將焊接區(qū)域設(shè)為熱源區(qū)。為了保證計(jì)算的準(zhǔn)確性，必須對(duì)加熱源進(jìn)行精確的建模，包括加熱源功率密度分布、加熱強(qiáng)度分布等。在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，采用瞬態(tài)熱傳導(dǎo)方程，對(duì)焊接區(qū)域進(jìn)行加熱，然后進(jìn)行冷卻。計(jì)算過(guò)程中，需要對(duì)溫度、變形和應(yīng)力進(jìn)行迭代計(jì)算，直到收斂為止。

計(jì)算結(jié)果如下：

1.3結(jié)果分析

從圖2中可以看出，在焊接過(guò)程中，由于加熱和冷卻的不均勻性，形成了殘余應(yīng)力。焊接部分的應(yīng)力主要集中在焊接區(qū)域，沿著豎直方向逐漸降低。應(yīng)力的最大值為180MPa。

二、測(cè)量

2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行數(shù)值模擬的同時(shí)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，以驗(yàn)證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文采用激光剪切法進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)，將焊接件放置在臺(tái)上，并在距離焊接區(qū)域20mm處涂上黑色涂料。

2.2實(shí)驗(yàn)步驟

（1）準(zhǔn)備工作。選擇一臺(tái)合適的激光剪切器，調(diào)整好各項(xiàng)參數(shù)，保證精度和準(zhǔn)確度。

（2）進(jìn)行測(cè)量。將激光剪切器對(duì)準(zhǔn)樣品，進(jìn)行切割，使得切口盡量平直，尺寸適當(dāng)。

（3）數(shù)據(jù)采集。將切口的形變數(shù)據(jù)與初始空間形狀數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，利用差異進(jìn)行計(jì)算。

（4）數(shù)據(jù)處理。將數(shù)據(jù)導(dǎo)入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行處理，并與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行比較。以驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的正確性。數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果如下：

2.3結(jié)果分析

從圖3中可以看出，在焊接過(guò)程中，殘留應(yīng)力的主要集中在焊接區(qū)域內(nèi)，并沿垂直方向逐漸降低。測(cè)得的殘余應(yīng)力最大值為177MPa，誤差不超過(guò)5%。

三、結(jié)論

通過(guò)數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)量，本文得到了921A鋼焊接殘余應(yīng)力的準(zhǔn)確模擬和測(cè)量結(jié)果。研究表明，焊接過(guò)程中產(chǎn)生的殘留應(yīng)力主要集中在焊接區(qū)域內(nèi)。在進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需要考慮這些殘留應(yīng)力對(duì)焊接件性能的影響。因此，在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)焊接構(gòu)件時(shí)，必須對(duì)殘留應(yīng)力進(jìn)行充分的評(píng)估。921A鋼焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬與測(cè)量3921A鋼焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬與測(cè)量

引言

鋼材是一種非常重要的材料，被廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)和領(lǐng)域中。鋼材的性質(zhì)與應(yīng)用有很大關(guān)聯(lián)，而其應(yīng)力狀態(tài)是影響其性質(zhì)和應(yīng)用的關(guān)鍵因素之一。鋼材的焊接是加工中常用的一種工藝，但焊接會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，從而影響鋼材的性質(zhì)和應(yīng)用。因此，本文將探討921A鋼焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬與測(cè)量方法。

一、921A鋼

921A鋼是一種高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼，常用于建筑、船舶、橋梁等領(lǐng)域。其性質(zhì)包括高強(qiáng)度、良好的韌性、耐磨損性和耐腐蝕性等。921A鋼熔點(diǎn)高，熔化溫度大約為1480℃。

二、焊接殘余應(yīng)力

在焊接中，引起殘余應(yīng)力的原因主要有以下三點(diǎn)：

(1)焊接過(guò)程中的熱膨脹，導(dǎo)致焊接后冷卻時(shí)產(chǎn)生的收縮額外的力。

(2)焊接過(guò)程中的熱引起鋼材的組織結(jié)構(gòu)變化，使得焊接部位的鋼材組織密度不均勻，從而產(chǎn)生了殘余應(yīng)力。

(3)焊接部位的局部應(yīng)力超過(guò)材料的屈服強(qiáng)度，導(dǎo)致殘余應(yīng)力。

焊接殘余應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致鋼材的形變和破裂，并且可能會(huì)導(dǎo)致鋼材在工作過(guò)程中的失效。因此，焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬和測(cè)量是非常重要的。

三、數(shù)值模擬

數(shù)值模擬是一種有效的工具，可以幫助工程師和科學(xué)家理解和預(yù)測(cè)焊接過(guò)程中的殘余應(yīng)力。對(duì)于921A鋼焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬，可以采用有限元方法。

有限元法是一種分析復(fù)雜問(wèn)題的有效方法。其基本思想是將復(fù)雜結(jié)構(gòu)分割成若干小單元，然后在每個(gè)小單元中求解應(yīng)力和位移。將每個(gè)小單元的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行組合，就可以得到整個(gè)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和位移。有限元方法可以計(jì)算出焊接過(guò)程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力，并了解其產(chǎn)生的機(jī)理以及如何解決殘余應(yīng)力。

四、測(cè)量方法

測(cè)量焊接部位的殘余應(yīng)力可以采用電子應(yīng)力計(jì)和X射線應(yīng)力分析儀。電子應(yīng)力計(jì)可以用于測(cè)量小區(qū)域的殘余應(yīng)力，而X射線應(yīng)力分析儀可以用于針對(duì)整個(gè)焊接區(qū)域進(jìn)行測(cè)量。

電子應(yīng)力計(jì)原理是利用應(yīng)變計(jì)的敏感元件。測(cè)量時(shí)，將應(yīng)力計(jì)粘附在焊接部位的表面上，通過(guò)加壓或拉伸的方式使其受力產(chǎn)生應(yīng)變，從而測(cè)量出殘余應(yīng)力。

X射線應(yīng)力分析儀原理是利用材料的晶格結(jié)構(gòu)來(lái)測(cè)量殘余應(yīng)力。X射線入射到鋼材表面會(huì)