對接接頭應(yīng)力集中和應(yīng)力集中系數(shù)的研究

1、學(xué)號10112609319畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）對接接頭工作應(yīng)力分布與應(yīng)力集中系數(shù)研究教 學(xué) 系：機(jī)電工程系 指導(dǎo)教師：于有生 專業(yè)班級：成型1093 學(xué)生姓名： 二一三年五月畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題目對接接頭工作應(yīng)力分布與應(yīng)力集中系數(shù)研究1.目的及意義（含國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀分析）： 焊件不均勻加熱、冷卻過程產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形，不僅影響焊接結(jié)構(gòu)的制造精度，同時(shí)也對結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、韌性及使用性能產(chǎn)生重大影響。這種情況在國內(nèi)外焊接工作者中引起了的廣泛關(guān)注，并進(jìn)行了長期、大量的研究，取得了許多重要成果，在焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用。 我國在焊接應(yīng)力變形的數(shù)值模擬分析方面已取得了可喜的成就和進(jìn)展，但

2、由于焊接過程的復(fù)雜性及影響因素較多，目前對于復(fù)雜和大型焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形的預(yù)測還存在許多困難，主要表現(xiàn)為數(shù)值模擬過程中結(jié)構(gòu)的自由度規(guī)模龐大；瞬態(tài)分析時(shí)間步繁多；材料性能的嚴(yán)重非線性變化影響了求解過程的精度和效率；結(jié)構(gòu)中的局部高溫區(qū)的存在導(dǎo)致有限元方程組性態(tài)變差；熔池及其附近高溫區(qū)導(dǎo)致其精確數(shù)學(xué)物理模型的建立困難；移動(dòng)熱源導(dǎo)致過程非線性；坡口、填充金屬、多道焊等引起的復(fù)雜幾何形狀，在精確的數(shù)值模擬過程中會(huì)增加計(jì)算工作量。 國外類似研究開始的比較早，有關(guān)焊接過程中瞬態(tài)熱應(yīng)力的研究始于本世紀(jì)三十年代。最近，Bachorski等提出了收縮體積法的焊接變形有限元預(yù)測理論。收縮體積法類似于固有應(yīng)變法，它

3、的主要目的在于預(yù)測焊接變形。它將復(fù)雜的非線性和彈塑性變形轉(zhuǎn)化為線彈性變形，可以較為準(zhǔn)確地預(yù)測大型復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)的變形問題，其準(zhǔn)確性依賴于焊縫處收縮體積的計(jì)算精度。但是它對于坡口角度小于50度的焊接結(jié)構(gòu)則存在較大誤差，另外該法也不適于預(yù)測焊接殘余應(yīng)力。 在過去十幾年中很多數(shù)值模擬程序開發(fā)出來，以找到更實(shí)用的方法預(yù)測焊接殘余應(yīng)力和變形，Ueda與其合作伙伴研究了固有應(yīng)力在T型和I型焊接頭處的分布特征，并且用他們預(yù)測焊接殘余應(yīng)力?；诠逃袘?yīng)變方法，Murakawa等人研究了多道焊的焊接變形和殘余應(yīng)力。Michaleris和OeBiccari開發(fā)了一個(gè)雙步數(shù)值分析程序來預(yù)測焊接及變形。其進(jìn)行了二維熱一力

4、焊接模擬獲得焊接殘余應(yīng)力，然后把殘余應(yīng)力導(dǎo)入三維模型進(jìn)行彈性分析。 對于本課題所研究的對接接頭，對接接頭由焊縫金屬,熔合區(qū),熱影響區(qū)和鄰近的母材所組成。焊接接頭中的化學(xué)成分，金相組織和力學(xué)性能一般是不均勻的。由于焊接接頭截面幾何形狀的突變性，造成焊接接頭工作應(yīng)力的分布也是不均勻的。運(yùn)用ansys軟件可以提前模擬應(yīng)力分布出來，通過改變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)或者焊接等方法，可以避免因?yàn)榻宇^的應(yīng)力集中導(dǎo)致的安全事故。 但是由于焊接接頭形狀復(fù)雜，難以用彈性力學(xué)的解析方法求解，一般采用實(shí)驗(yàn)方法求取，但因?qū)嶒?yàn)工作量較大，且因?qū)嶒?yàn)方法不同存在一定的實(shí)驗(yàn)誤差，而且這種實(shí)驗(yàn)的周期長，成本高。目前實(shí)驗(yàn)方面的數(shù)據(jù)還比較缺少。借助

5、于數(shù)值模擬軟件ANSYS分析對接接頭的工作應(yīng)力分布，我們可以進(jìn)行對接接頭的建模，計(jì)算和分析，研究對接接頭在承載時(shí)的工作應(yīng)力分布和接頭截面幾何參數(shù)與應(yīng)力集中系數(shù)K的關(guān)系。為合理地選擇焊接接頭截面形狀和尺寸，提高焊接結(jié)構(gòu)的使用壽命和安全穩(wěn)定性以及焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造提供了一定的理論依據(jù)。2. 基本內(nèi)容和技術(shù)方案： 基本內(nèi)容（1）通過查閱相關(guān)的資料，了解和掌握焊接接頭的幾何參數(shù)及其對接頭機(jī)械性能的影響；（2）基于第一點(diǎn)所了解的，分析焊接工藝參數(shù)對接頭幾何參數(shù)的影響規(guī)律； (3) 根據(jù)自己所了解與所查閱的相關(guān)資料，總結(jié)并分析出焊接接頭幾何參數(shù)對工作應(yīng)力分布的影響規(guī)律，熟悉和掌握接頭應(yīng)力集中地概念； (

6、4) 根據(jù)研究對象，建立合適的對接接頭的幾何模型，確定應(yīng)力集中系數(shù)的計(jì)算方法；（5）利用數(shù)值模擬軟件ANSYS，編寫出對接接頭工作應(yīng)力分析的數(shù)值模擬計(jì)算機(jī)程序，并對所寫的程序進(jìn)行調(diào)試，運(yùn)行，修改。（6） 制定計(jì)算方案，通過改變對接接頭幾何參數(shù)或形狀參數(shù)，確定其對接頭工作應(yīng)力和應(yīng)力集中系數(shù)的影響，并對運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析和整理。技術(shù)方案運(yùn)用ansys軟件，研究對接接頭工作應(yīng)力分布與應(yīng)力集中系數(shù),如圖一為本次實(shí)驗(yàn)的計(jì)算模型。在圖一的模型中，圖示中幾何參數(shù)有板厚焊縫正面熔寬焊縫反面熔寬焊縫正面加強(qiáng)高焊縫反面加強(qiáng)高和試件計(jì)算長度L,應(yīng)力集中系數(shù)K=，并且假設(shè)?；谝陨系?，研究L,對應(yīng)力集中系數(shù)K的影響。

7、研究方案如下：ANSYS軟件建模繪出應(yīng)力集中系數(shù)K與L,這些參數(shù)的變化曲線確定計(jì)算方案根據(jù)ANSYS軟件的計(jì)算總結(jié)計(jì)算結(jié)果 計(jì)算方案滿意？總結(jié)分析計(jì)算結(jié)果 NO撰寫論文 YES3進(jìn)度安排：（1）收集相關(guān)參考資料并調(diào)研本課題的國內(nèi)外發(fā)展概況，查閱不少于15篇的相關(guān)資料，其中英文文獻(xiàn)不少于2篇，并在畢業(yè)設(shè)計(jì)的第三周完成開題報(bào)告。（2）在第四周到第五周完成根據(jù)研究內(nèi)容和課題調(diào)研結(jié)果，確定課題的實(shí)驗(yàn)研究方案。（3）根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究方案，在第六周到第十一周利用數(shù)值模擬軟件ansys編寫對接接頭的工作應(yīng)力分析的數(shù)值模擬計(jì)算機(jī)程序，并進(jìn)行調(diào)試，分析和整理軟件計(jì)算結(jié)果。（4）畢業(yè)設(shè)計(jì)的第十二周，根據(jù)研究結(jié)果寫出1

8、5000字的畢業(yè)論文，論文爭取論點(diǎn)正確，論據(jù)充分，勁量數(shù)表化，公式化。（5）在第十三周翻譯與本課題相關(guān)的外文資料8000字符。 4.指導(dǎo)老師意見：指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日注：1. 開題報(bào)告應(yīng)根據(jù)教師下發(fā)的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書，在教師的指導(dǎo)下由學(xué)生獨(dú)立撰寫，在學(xué)院規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成；2設(shè)計(jì)的目的及意義至少800字，基本內(nèi)容和技術(shù)方案至少400字；3指導(dǎo)教師意見應(yīng)從選題的理論或?qū)嶋H價(jià)值出發(fā)，闡述學(xué)生利用的知識、原理、建立的模型正確與否、學(xué)生的論證充分否、學(xué)生能否完成課題，達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)。鄭 重 聲 明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標(biāo)注引

9、用的內(nèi)容外，本論文不包括任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。本人簽名： 日期： 目 錄摘 要3ABSTRACT4第一章 緒論61.1 研究背景61.2 焊接數(shù)值模擬在國內(nèi)外的研究概況61.3 有限元軟件在應(yīng)力集中研究中的應(yīng)用和發(fā)展71.4 課題研究的意義71.5 本章小結(jié)8第二章 課題研究方案92.1 基本內(nèi)容92.2 技術(shù)方案92.3 本章小結(jié)10第三章 焊接數(shù)值模擬簡介113.1 有限元方法簡介113.2 焊接過程有限元分析的特點(diǎn)123.3 ANSYS軟件的基礎(chǔ)123.3.1 ANSYS軟件結(jié)構(gòu)123.3.2 APDL語言簡介143.4 本

10、章小結(jié)15第四章 ANSYS程序設(shè)計(jì)164.1 對接接頭工作應(yīng)力分布與應(yīng)力集中系數(shù)的計(jì)算方法174.2 對接接頭工作應(yīng)力的計(jì)算174.2.1 建模174.2.2 焊接應(yīng)力載荷的施加174.2.3 工作應(yīng)力集中系數(shù)的求解184.3 本章小結(jié)23第五章 程序運(yùn)行結(jié)果分析245.1 焊接后的應(yīng)力分布245.2 焊接接頭的應(yīng)力集中系數(shù)的影響285.2.1 正面余高和板厚對應(yīng)力集中系數(shù)的影響285.2.2 正面焊縫寬度和板厚對應(yīng)力集中系數(shù)的影響295.2.3 正面余高和板長對應(yīng)力集中系數(shù)的影響305.2.4 正面焊縫寬度和板長對應(yīng)力集中系數(shù)的影響315.3 本章小結(jié)32第六章 結(jié)論和展望336.1 結(jié)論

11、336.2 研究展望33參考文獻(xiàn)34附 錄35致 謝38 摘 要焊接是一個(gè)涉及到電弧物理、力學(xué)、傳熱、冶金等多種學(xué)科綜合的復(fù)雜過程。焊接現(xiàn)象包括焊接過程中的電磁、傳熱的過程、金屬熔化和凝固、冷卻時(shí)的相變、焊接應(yīng)力和變形等等。如果我們能夠?qū)崿F(xiàn)對各種焊接現(xiàn)象進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，那么我們就可以通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來確定焊接各種結(jié)構(gòu)和材料的最佳設(shè)計(jì)、最佳工藝方法和焊接參數(shù)。這樣克服了我們在實(shí)際生產(chǎn)中的試驗(yàn)周期長，試驗(yàn)方法得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確，經(jīng)濟(jì)性較差的缺點(diǎn)。對接接頭焊接件是焊接結(jié)構(gòu)中常見的。目前，船舶、機(jī)車、車輛、橋梁、鍋爐、立體車庫等工業(yè)產(chǎn)品，以及能源工程、海洋工程、航空航天工程、石油化工工程、大型廠房、

12、高層建筑等重要結(jié)構(gòu)，無一不用到對接接頭焊接結(jié)構(gòu)。目前在對接型接頭焊接方面的數(shù)值模擬研究比較多，實(shí)際應(yīng)用中很多情況下對接型接頭的焊接質(zhì)量要求也是非常高。特別是對大型構(gòu)件，焊接構(gòu)件的質(zhì)量的好壞不僅僅是影響到了經(jīng)濟(jì)效益，而且關(guān)系到使用者的生命安全。因此深入這方面的數(shù)值模擬研究工作很有必要。本文利用有限元軟件ANSYS對對接型接頭焊接件的焊接應(yīng)力場和焊接應(yīng)力集中系數(shù)進(jìn)行三維數(shù)值模擬仿真，得到焊件在不同試件參數(shù)的條件下，焊接應(yīng)力場的變化及焊件的應(yīng)力集中系數(shù)。本文主要做了如下幾個(gè)方面的研究工作：1建立了對接型接頭焊接有限元分析模型。為了提高計(jì)算精度，本文考慮了采用過渡網(wǎng)格劃分形式劃分網(wǎng)格以保證焊縫處網(wǎng)格足

13、夠細(xì)小。2選取適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)參數(shù)，并且在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了交叉對比，讓實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)更加貼近實(shí)際情況。在模擬計(jì)算時(shí)，盡量的結(jié)合四組實(shí)驗(yàn)，使其互相有一定的可比性，可以互相參考。這樣可以節(jié)省大量的時(shí)間，使計(jì)算較為合理、高效。3對焊接應(yīng)力場進(jìn)行分析，得出焊接殘余應(yīng)力分布規(guī)律，為焊接結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了重要的依據(jù)。 關(guān)鍵字：對接型接頭 焊接 有限元數(shù)值 工作應(yīng)力 應(yīng)力集中系數(shù) ABSTRACT Welding is an arc involved physics, metallurgy, mechanics, heat transfer, wide range of multidisciplinary and co

14、mplex process. Phenomenon include electromagnetic welding process, welding, metal melting and solidification process of heat transfer, cooling of the welding stress and deformation of phase transitions, and so on. If we can achieve a variety of welding phenomena computer simulation, then we can use

15、a computer system to determine the best design for welding of structures and materials, the best process and welding parameters. Overcomes our long test cycle in the actual production, test methods are experimental data is not accurate enough, less economic disadvantages. Butt joint welding is commo

16、n in welded structures. At present, ships, locomotives, vehicles, bridges, industrial products such as boilers, parking, as well as energy engineering, marine engineering, aerospace engineering, petroleum chemical engineering, large plants, high-rise buildings and other vital structures, no to butt

17、joint welding without structure. Currently at the butt-joint welding numerical simulation of more practical applications in many cases-butt joint welding quality requirements are also very high. Particularly for large components, welding components quality is good or bad is not just affecting the ec

18、onomy, but also to consumer safety. Numerical simulation study of work in this area is necessary. This article uses finite element software ANSYS to welding of butt-joint weld stress and stress concentration factors for three dimensional numerical simulation of welding, are parameters under the cond

19、ition of Weldment in different specimens, and welding on welding stress field change of stress concentration factor. This article is doing research work on the following aspects: 1. A finite element analysis of welding of butt-joint model. In order to improve the precision of calculations, this arti

20、cle taking into account the transitional divide the mesh grid to ensure the weld mesh is small enough. 2.Select the appropriate test parameters, and on that basis to the cross, was closer to reality by experimental data. When the simulation, with four sets of experiments, provided each other with a

21、certain degree of comparability, you can reference each other. This can save a lot of time, the calculation is more reasonable and efficient. 3.An analysis of the stress field of welding, Welding residual stress distribution that, provide an important basis for optimization design of welded structur

22、es.Key words：Butt-joint；Welding；Finite element numerical simulation；Work stress；Stress concentration factor第1章 緒論1.1 研究背景 焊接是通過加熱和加壓，或兩者并用,并且用或不用填充材料，使工件達(dá)到結(jié)合的一種工藝方法1。由于焊接方法靈活、經(jīng)濟(jì)，能簡化結(jié)構(gòu)的構(gòu)造細(xì)節(jié)，節(jié)約材料，提高生產(chǎn)效率，改善工人勞動(dòng)條件。因此，目前，船舶、車輛、橋梁、鍋爐等工業(yè)產(chǎn)品，以及能源工程、海洋工程、航空航天工程、石油化工工程、大型廠房、高層建筑等重要結(jié)構(gòu)，無一不采用焊接結(jié)構(gòu)。焊接結(jié)構(gòu)有自己的特點(diǎn)，只有正確地

23、認(rèn)識它，才能設(shè)計(jì)制造出性能良好、經(jīng)濟(jì)性好焊接結(jié)構(gòu)。歷史上許多焊接結(jié)構(gòu)失效的事例追其根源，大多與未考慮焊接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)有關(guān)。焊接作為現(xiàn)代制造業(yè)必不可少的工藝，在材料加工領(lǐng)域中占有重要地位。但是焊接是一個(gè)涉及電弧物理、傳熱、冶金和力學(xué)的復(fù)雜過程。焊接現(xiàn)象包括焊接時(shí)的電磁、傳熱過程、金屬的熔化和凝固、冷卻時(shí)的相變、焊接應(yīng)力和變形等。焊接過程產(chǎn)生的焊接應(yīng)力和變形，不僅影響焊接結(jié)構(gòu)的制造過程，而且還影響焊接結(jié)構(gòu)的使用性能。這些缺陷的產(chǎn)生主要是焊接時(shí)不合理的熱過程引起的。由于短時(shí)間內(nèi)的瞬時(shí)大的熱輸入。焊接過程將產(chǎn)生很大的動(dòng)態(tài)焊接應(yīng)力，焊后將產(chǎn)生相當(dāng)大的焊接殘余應(yīng)力和變形(焊接殘余變形、焊接收縮、焊接翹曲)。

24、焊接過程中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)應(yīng)力和焊后殘余應(yīng)力將影響構(gòu)件的變形和焊接缺陷，而且在一定程度上還影響結(jié)構(gòu)的加工精度和尺寸的穩(wěn)定性。因此，在設(shè)計(jì)和施工時(shí)必須充分考慮焊接應(yīng)力和變形的特點(diǎn)。焊接應(yīng)力和變形是影響焊接結(jié)構(gòu)質(zhì)量和生產(chǎn)率的主要問題之一，焊接變形的存在不僅影響焊接結(jié)構(gòu)的制造過程，而且還影響焊接結(jié)構(gòu)的使用性能。因此對焊接溫度場和應(yīng)力場的定量分析、預(yù)測、模擬具有重要意義。傳統(tǒng)的焊接應(yīng)力預(yù)測依賴于試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)上的經(jīng)驗(yàn)曲線或經(jīng)驗(yàn)公式。但僅僅從實(shí)驗(yàn)角度研究焊接熱應(yīng)力、焊后殘余應(yīng)力和變形的問題難度很大，不能全面預(yù)測和分析焊接對整個(gè)焊接結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性影響，客觀評價(jià)焊接質(zhì)量。隨著差分法，有限元法的不斷完善，焊接熱應(yīng)力

25、和殘余應(yīng)力模擬分析技術(shù)相應(yīng)的得到發(fā)展。在實(shí)際中，研究焊接生產(chǎn)技術(shù)時(shí)往往采用試驗(yàn)手段作為基本方法，但大量的試驗(yàn)增加了生產(chǎn)成本，耗費(fèi)人力物力。而數(shù)值模擬技術(shù)，既本文所使用ANSYS軟件將發(fā)揮其獨(dú)特的能力和優(yōu)勢。隨著有限元技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，為數(shù)值模擬技術(shù)提供了有力的工具，很多焊接過程可以采用計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬。 1.2 焊接數(shù)值模擬在國內(nèi)外的研究概況我國在焊接應(yīng)力變形的數(shù)值模擬分析方面已取得了可喜的成就和進(jìn)展，但由于焊接過的復(fù)雜性及影響因素較多，目前對于復(fù)雜和大型焊接結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和變形的預(yù)測還存在許多困難，主要表現(xiàn)為數(shù)值模擬過程中結(jié)構(gòu)的自由度規(guī)模龐大；瞬態(tài)分析時(shí)間步繁多；材料性能的嚴(yán)重非線性變化

26、影響了求解過程的精度和效率；結(jié)構(gòu)中的局部高溫區(qū)的存在導(dǎo)致有限元方程組性態(tài)變差；熔池及其附近高溫區(qū)導(dǎo)致其精確數(shù)學(xué)物理模型的建立困難；移動(dòng)熱源導(dǎo)致過程非線性；坡口、填充金屬、多道焊等引起的復(fù)雜幾何形狀，在精確的數(shù)值模擬過程中會(huì)增加計(jì)算工作量。 國外類似研究開始的比較早，有關(guān)焊接過程中瞬態(tài)熱應(yīng)力的研究始于本世紀(jì)三十年代。最近，Bachorski等提出了收縮體積法的焊接變形有限元預(yù)測理論2。收縮體積法類似于固有應(yīng)變法，它的主要目的在于預(yù)測焊接變形。它將復(fù)雜的非線性和彈塑性變形轉(zhuǎn)化為線彈性變形，可以較為準(zhǔn)確地預(yù)測大型復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)的變形問題，其準(zhǔn)確性依賴于焊縫處收縮體積的計(jì)算精度。但是它對于坡口角度小于5

27、0度的焊接結(jié)構(gòu)則存在較大誤差，另外該法也不適于預(yù)測焊接殘余應(yīng)力。在過去十幾年中很多數(shù)值模擬程序開發(fā)出來，以找到更實(shí)用的方法預(yù)測焊接殘余應(yīng)力和變形，Ueda與其合作伙伴研究了固有應(yīng)力在T型和I型焊接頭處的分布特征，并且用他們預(yù)測焊接殘余應(yīng)力3?；诠逃袘?yīng)變方法，Murakawa等人研究了多道焊的焊接變形和殘余應(yīng)力。Michaleris和OeBiccari開發(fā)了一個(gè)雙步數(shù)值分析程序來預(yù)測焊接及變形。其進(jìn)行了二維熱一力焊接模擬獲得焊接殘余應(yīng)力，然后把殘余應(yīng)力導(dǎo)入三維模型進(jìn)行彈性分析。1.3 有限元軟件在應(yīng)力集中研究中的應(yīng)用和發(fā)展隨著對焊接溫度場、應(yīng)力和變形場的深入研究，有限元技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，以及近

28、幾年來計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，目前已經(jīng)有了不少優(yōu)秀的有限元計(jì)算分析軟件，如：ANSYS、ABQUS、ADINA、NASTRAN、MARC、SYSWELD等可供焊接工作者選用3。這些現(xiàn)有的有限元軟件具有自動(dòng)劃分有限元網(wǎng)格和自動(dòng)整理計(jì)算結(jié)果的功能，并使其形成可視化圖形的前后處理功能。焊接工作者可以利用上述商品化軟件，必要時(shí)加上二次開發(fā)，就可以得到所需要的結(jié)果，這就明顯地加速了焊接數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展。在國內(nèi)，清華大學(xué)的鹿安理等利用MARC軟件，開發(fā)了專用用戶子程序，使網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)更趨完善，并用于厚板焊接過程的三維數(shù)值模擬，取得了很好的效果，并對在模型上利用相似原理及簡化熱源模型等技術(shù)問題進(jìn)行探討，提

29、出未來焊接數(shù)值模擬應(yīng)重點(diǎn)研究的幾個(gè)問題。清華大學(xué)的蔡志鵬等，利用MARC軟件，用串熱源模型代替高斯模型進(jìn)行焊接應(yīng)力和變形的分析，但其實(shí)際分析例子只是進(jìn)行切割變形分析，其方法的有效性還需進(jìn)一步驗(yàn)證。1.4 課題研究的意義對接型焊接接頭是焊接結(jié)構(gòu)中常見的形式，目前在船舶、車輛、橋梁、鍋爐等工業(yè)產(chǎn)品中無一不用型接頭焊接結(jié)構(gòu)。對接接頭在焊接過程中由于加熱不均勻性，冷卻速度不一中，對其最后的伸縮不一，造成了應(yīng)力分布不均，既應(yīng)力集中發(fā)生，在某些情況下突然發(fā)生斷裂或者失效，具有突然性和不確定性，在措手不及中引起生命財(cái)產(chǎn)的損失，是一種危險(xiǎn)的形式。在實(shí)際應(yīng)用中對接型焊接接頭的焊接質(zhì)量要求往往非常高，特別是對大型

30、構(gòu)件，焊接質(zhì)量好壞不僅影響經(jīng)濟(jì)效益而且有時(shí)直接關(guān)系到生命安全，因此深入這方面的數(shù)值模擬研究工作很有必要。本文就是利用有限元軟件ANSYS對焊接應(yīng)力場進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，生動(dòng)的再現(xiàn)了對接型接頭焊接過程，模擬各種焊接順序，得到焊件任何時(shí)刻任何點(diǎn)的焊接過程應(yīng)力場的變化及焊件冷卻后的殘余應(yīng)力，分析了殘余應(yīng)力分布規(guī)律，這無論是對焊接設(shè)計(jì)人員優(yōu)化設(shè)計(jì)焊接結(jié)構(gòu)，還是對工程技術(shù)人員編寫焊接工藝都很高的參考價(jià)值。1.5 本章小結(jié)本章主要討論了課題選擇的背景和意義，總結(jié)了焊接數(shù)值模擬在國內(nèi)外研究大致發(fā)展情況，其中詳細(xì)闡述了焊接應(yīng)力應(yīng)變場有限元分析的研究進(jìn)展。本章簡要介紹了有限元軟件在焊接應(yīng)力分析中的應(yīng)用和發(fā)展，提出

31、了本文的研究方法和主要內(nèi)容，簡要介紹了論文各章的大致內(nèi)容。第二章 課題研究方案 本文將重點(diǎn)針對對接接頭的焊接，應(yīng)用大型通用有限元軟件ANSYS對對接型接頭焊接過程進(jìn)行數(shù)值模擬。在本章中有以下的描述，其中包括基本的內(nèi)容和可行的方案設(shè)計(jì)。2.1 基本內(nèi)容（1）過查閱相關(guān)的資料，了解和掌握焊接接頭的幾何參數(shù)及其對接頭機(jī)械性能的影響；（2）基于第一點(diǎn)所了解的，分析焊接工藝參數(shù)對接頭幾何參數(shù)的影響規(guī)律； (3) 根據(jù)自己所了解與所查閱的相關(guān)資料，總結(jié)并分析出焊接接頭幾何參數(shù)對工作應(yīng)力分布的影響規(guī)律，熟悉和掌握接頭應(yīng)力集中地概念； (4) 根據(jù)研究對象，建立合適的對接接頭的幾何模型，確定應(yīng)力集中系數(shù)的計(jì)算

32、方法；（5）利用數(shù)值模擬軟件ANSYS，編寫出對接接頭工作應(yīng)力分析的數(shù)值模擬計(jì)算機(jī)程序，并對所寫的程序進(jìn)行調(diào)試，運(yùn)行，修改。（6） 制定計(jì)算方案，通過改變對接接頭幾何參數(shù)或形狀參數(shù)，確定其對接頭工作應(yīng)力和應(yīng)力集中系數(shù)的影響，并對運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行分析和整理。2.2 技術(shù)方案運(yùn)用ANSYS軟件，研究對接接頭工作應(yīng)力分布與應(yīng)力集中系數(shù),如圖一為本次實(shí)驗(yàn)的計(jì)算模型。在圖2-1的模型中，圖示中幾何參數(shù)有板厚焊縫正面熔寬焊縫反面熔寬焊縫正面加強(qiáng)高焊縫反面加強(qiáng)高和試件計(jì)算長度L,應(yīng)力集中系數(shù)K=，并且假?；谝陨系?，研究L,對應(yīng)力集中系數(shù)K的影響。圖2-1 對接接頭的ANSYS計(jì)算模型 基于ANSYS軟件的數(shù)值

33、模擬，在這里，本文給出了一個(gè)大體的流程圖，為下一步的具體闡述本文研究的步驟提供一個(gè)引導(dǎo)，簡略的研究方案如下：ANSYS軟件建模繪出應(yīng)力集中系數(shù)K與L,這些參數(shù)的變化曲線確定計(jì)算方案根據(jù)ANSYS軟件的計(jì)算總結(jié)計(jì)算結(jié)果 計(jì)算方案滿意？總結(jié)分析計(jì)算結(jié)果 NO撰寫論文 YES 圖2-2 有限元軟件研究方案根據(jù)這個(gè)流程圖，大體上敘述了本文的行文思路，為下文的論述做一個(gè)指引。2.3 本章小結(jié) 本章通過圖表和部分論述，簡要的介紹了本文的行文思路，給本文做了一個(gè)提綱。也從另外一個(gè)方面為本文提供了如何來做本次課題，和本次課題需要得到什么樣子的目的做了一個(gè)大體的闡述。第三章 焊接數(shù)值模擬簡介有限元法(Finit

34、e Element Method，F(xiàn)EM)，也稱為有限單元法或有限元素法，基本思想是將求解區(qū)域離散為一組有限個(gè)、且按一定方式相互連接在一起的單元的組合體。它是隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一種現(xiàn)代計(jì)算方法5。3.1 有限元方法簡介有限元方法是求解復(fù)雜的工程問題的一種近似數(shù)值解法。在利用有限元分析時(shí)，首先將分析物體離散成為許多各自獨(dú)立的小單元。其次，在給定邊界條件、載荷和材料特性的情況下，再求解線性或非線性的方程組，得到位移、應(yīng)力、應(yīng)變、內(nèi)力等結(jié)果，最后在計(jì)算機(jī)上使用圖形技術(shù)顯示計(jì)算結(jié)果。有限元法現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等各個(gè)學(xué)科，主要分析工作環(huán)境下物體的線性和非線性靜動(dòng)態(tài)特性等

35、性能。有限元方法分析的主要步驟為6：1連續(xù)體的離散化。也就是將給定的物理系統(tǒng)分割成等價(jià)的有限元系統(tǒng)。一維結(jié)構(gòu)的有限單元為線段，二維連續(xù)體的有限單元為三角形、四邊形，三維連續(xù)體的有限單元可以是四面體、長方體或六面體，最典型的區(qū)分就是有無中節(jié)點(diǎn)。應(yīng)用時(shí)必須決定單元的類型、數(shù)目、大小和排列方式，以便能夠合理地表示給定的物理系統(tǒng)。2選擇位移模型。假設(shè)的位移函數(shù)或模型只是近似地表示了真實(shí)位移分布。通常假設(shè)位移函數(shù)為多項(xiàng)式。實(shí)際應(yīng)用中，沒有一種多項(xiàng)式能夠與實(shí)際位移完全一致。用戶所要做的是選擇多項(xiàng)式的階次，以使其在可以承受的計(jì)算時(shí)間內(nèi)達(dá)到足夠的精度。此外，還需要選擇表示位移大小的參數(shù)，它們通常是節(jié)點(diǎn)的位移，

36、但也可能包括節(jié)點(diǎn)位移的導(dǎo)數(shù)。3用變分原理推導(dǎo)單元?jiǎng)偠染仃?。單元?jiǎng)偠染仃囀歉鶕?jù)最小位能原理或者其他原理，由單元材料和幾何性質(zhì)導(dǎo)出的平衡方程系數(shù)構(gòu)成的。單元?jiǎng)偠染仃噷⒐?jié)點(diǎn)位移和節(jié)點(diǎn)力聯(lián)系起來，物體受到的分布力變換為節(jié)點(diǎn)處的等價(jià)集中力。剛度矩陣外、節(jié)點(diǎn)力向量 和節(jié)點(diǎn)位移向量的平衡關(guān)系表示為線性代數(shù)方程組：=。4集合整個(gè)離散化連續(xù)體的代數(shù)方程。也就是把各個(gè)單元的剛度矩陣集合成整個(gè)連續(xù)體的剛度矩陣，把各個(gè)單元的節(jié)點(diǎn)力矢量集合為總的力和載荷矢量。最常用的原則是要求節(jié)點(diǎn)能互相連接，即要求所有與某節(jié)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的單元在該節(jié)點(diǎn)處的位移相同。但是最近研究表明：該原則在某些情況下并不是必需的?？倓偠染仃嚒綤】、總載荷向

37、量F以及整個(gè)物體的節(jié)點(diǎn)位移向量之間構(gòu)成整體平衡，其聯(lián)立方程：【K】F=。這樣得出物理系統(tǒng)的基本方程后，還需要考慮其邊界條件或初始條件，才能夠使得整個(gè)方程封閉。如何引入邊界條件依賴于對系統(tǒng)的理解。5求解位移矢量。即求解上述代數(shù)方程，這種方程可能簡單，也可能復(fù)雜，比如非線性問題，在求解的每一步都要修正剛度和載荷矢量。6由節(jié)點(diǎn)位移計(jì)算出單元的應(yīng)力和應(yīng)變。視具體情況，可能還需要計(jì)算出其他一些導(dǎo)出量，但這已是相對簡單的了。3.2 焊接過程有限元分析的特點(diǎn)采用空間和時(shí)間有限元(包括有限差分法)模擬焊接時(shí)材料和構(gòu)件的熱和力學(xué)(彈性一粘塑性)行為，分析焊接殘余應(yīng)力和變形，并采用彈性構(gòu)件分析同樣程度的細(xì)節(jié)，在超

38、級計(jì)算機(jī)時(shí)代也是難以解決的任務(wù)。焊接過程的有限元分析有下述特點(diǎn)7,8,9,10：(1)模型是三維的，至少在焊接區(qū)域如此，以反映內(nèi)部和表面的不同冷卻條件；(2)由于快速加熱和冷卻，模擬的過程是高度瞬態(tài)的，具有與位置和時(shí)間相關(guān)的極不相同的梯度場：(3)由于材料的熱一力行為模擬的過程是高度非線性的，并與溫度密切相關(guān)：(4)局部材料的瞬態(tài)行為取決于局部熱的歷史和力學(xué)的應(yīng)力應(yīng)變歷史：(5)焊接材料熔敷以及凝固后改變構(gòu)件的連接狀況；(6)焊接材料的狀態(tài)及顯微組織變化；(7)臨界情況下可能發(fā)生的缺陷和裂紋，使連續(xù)介質(zhì)的概念受到懷疑。雖然今天可以利用功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)，但計(jì)算方法和計(jì)算軟件的發(fā)展還是跟不上硬件進(jìn)

39、步的速度，即使有了可以采用的計(jì)算手段，但目前在收斂和誤差估計(jì)方面也將遇到難以逾越的困難。如果在模型中某些問題起主導(dǎo)作用就不用考慮上述所有要點(diǎn)，這時(shí)只在有限元模型中研究的主要是影響參數(shù)，有限元方法就可以給出貼切的實(shí)際結(jié)果。這一點(diǎn)非常重要，是因?yàn)闅堄鄳?yīng)力測量和分析方法不同，能給出的說明是非常有限的。如果采用無損檢測技術(shù)，只能粗略的得到構(gòu)件表面的應(yīng)力狀態(tài)，就算是采用破壞性的測量方法，也幾乎不可能得到足夠的精度來確定構(gòu)件內(nèi)部完整的三維應(yīng)力狀態(tài)。這就涉及到有限元模型簡化問題。3.3 ANSYS軟件的基礎(chǔ) ANSYS軟件是融和結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場和聲場分析于一體的大型有限元分析軟件，可廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、

40、電子、土木工程、水利等一般工業(yè)及科學(xué)研究。ANSYS軟件是唯一能實(shí)現(xiàn)多場及多場藕合分析功能的軟件。用戶不但可用其進(jìn)行如結(jié)構(gòu)、熱、流體流動(dòng)、電磁等的單獨(dú)研究，還可以利用其進(jìn)行這些研究類型互相影響的研究。3.3.1 ANSYS軟件結(jié)構(gòu)11,12軟件主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型。分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子

41、流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示等圖形方式顯示出來，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。1前處理模塊PREP7實(shí)體建模ANSYS程序提供了兩種實(shí)體建模方法：自頂向下與自底向上。自頂向下進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶定義一個(gè)模型的最高級圖元，如球、棱柱，稱為基元，程序則自動(dòng)定義相關(guān)的面、線及關(guān)鍵點(diǎn)。用戶利用這些高級圖元直接構(gòu)造幾何模型，無論使用自頂向下還是自底向上方法建模，用戶均能使用布爾運(yùn)算來組合數(shù)據(jù)集，從而“雕塑出”一個(gè)實(shí)體模型。ANSYS程序提供了完整的布爾運(yùn)算，諸如相加、相減、相交、分割、粘結(jié)和重疊。在創(chuàng)建復(fù)雜實(shí)體模型時(shí)，對線、面、體、基元的布爾操作能減少相當(dāng)可觀的建模工作量。ANS

42、YS程序還提供了拖拉、延伸、旋轉(zhuǎn)、移動(dòng)和拷貝實(shí)體模型圖元的功能。附加的功能還包括圓弧構(gòu)造、切線構(gòu)造、通過拖拉與旋轉(zhuǎn)生成面和體、線與面的自動(dòng)相交運(yùn)算、自動(dòng)倒角生成、用于網(wǎng)格劃分的硬點(diǎn)的建立、移動(dòng)、拷貝和刪除。自底向上進(jìn)行實(shí)體建模時(shí)，用戶從最低級的圖元向上構(gòu)造模型，即用戶首先定義關(guān)鍵點(diǎn)，然后依次是相關(guān)的線、面、體。ANSYS程序提供了使用便捷、高質(zhì)量的對CAD模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的功能。包括四種網(wǎng)格劃分方法：延伸劃分、映像劃分、自由劃分和自適應(yīng)劃分。延伸網(wǎng)格劃分可將一個(gè)二維網(wǎng)格延伸成一個(gè)三維網(wǎng)格。映像網(wǎng)格劃分允許用戶將幾何模型分解成簡單的幾部分，然后選擇合適的單元屬性和網(wǎng)格控制，生成映像網(wǎng)格。自適應(yīng)網(wǎng)

43、格劃分是在生成了具有邊界條件的實(shí)體模型以后，用戶指示程序自動(dòng)地生成有限元網(wǎng)格，分析、估計(jì)網(wǎng)格的離散誤差，然后重新定義網(wǎng)格大小，再次分析計(jì)算、估計(jì)網(wǎng)格的離散誤差，直至誤差低于用戶定義的值或達(dá)到用戶定義的求解次數(shù)。2求解模塊soLUTIoN前處理階段完成建模以后，用戶可以在求解階段獲得分析結(jié)果。在該階段，用戶可以定義分析類型、分析選項(xiàng)、載荷數(shù)據(jù)和載荷步選項(xiàng)，然后開始有限元求解。ANSYS軟件提供的分析類型包括：結(jié)構(gòu)靜力分析、結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析、結(jié)構(gòu)非線性分析、熱分析、電磁場分析、流體動(dòng)力學(xué)分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的藕合分析。求解階段是計(jì)算機(jī)在內(nèi)部完成矩陣計(jì)算求出計(jì)算結(jié)果的過程。當(dāng)結(jié)構(gòu)模型有

44、嚴(yán)重錯(cuò)誤，計(jì)算機(jī)會(huì)提示相應(yīng)的錯(cuò)誤信息，并停止計(jì)算用戶可以根據(jù)提示對模型做出相應(yīng)的修改。ANSYS的求解器提供了多種求解方法。用戶可針對不同的結(jié)構(gòu)類型，不同的模型規(guī)模及精度選擇不同的方法或者多種方法的組合。3后處理模塊可ANSYS軟件的后處理過程包括兩個(gè)部分：通用后處理模塊POSTl和時(shí)間歷程后處理模塊POST26。通用后處理POSTl模塊對前面的分析結(jié)果能以圖形形式顯示和輸出例如，計(jì)算結(jié)果(如應(yīng)力)在模型上的變化情況可用等值線圖表示，不同的等值線顏色，代表了不同的值(如應(yīng)力值)。濃淡圖則用不同的顏色代表不同的數(shù)值區(qū)(如應(yīng)力范圍)，清晰地反映了計(jì)算結(jié)果的區(qū)域分布情況。時(shí)間歷程響應(yīng)后處理模塊POS

45、T26用于檢查在一個(gè)時(shí)間段或子步歷程中的結(jié)果，如節(jié)點(diǎn)位移、應(yīng)力或支反力。這些結(jié)果能通過繪制曲線或列表查看。繪制一個(gè)或多個(gè)變量隨頻率或其它量變化的曲線，有助于形象化地表示分析結(jié)果。另外，POST26還可以進(jìn)行曲線的代數(shù)運(yùn)算。整個(gè)程序的框圖如圖3-1所示：圖3-1有限元計(jì)算流程圖3.3.2 APDL語言簡介 圖3-1有限元計(jì)算流程圖雖然ANSYS的GUI類似于平常使用的Windows操作窗口，簡單易學(xué)，在處理比較簡單的問題的時(shí)候相對實(shí)用，但是當(dāng)遇到復(fù)雜問題的時(shí)候，操作起來就顯得很不方便。本文分析焊接過程的熱一力耦合場的問題，涉及到熱源的施加，單元死活等比較復(fù)雜的問題，這種情況下使用APDL語言編寫

46、命令流的方法就顯得方便實(shí)用了。APDL(參數(shù)化設(shè)計(jì)語言)是ANSYS的高級分析技術(shù)之一，也是ANSYS高級應(yīng)用的基礎(chǔ)，它提供一種逐行解釋性的編程語言工具，可以很好地用于實(shí)現(xiàn)參數(shù)化的有限元分析、分析批處理、專用分析系統(tǒng)的二次開發(fā)以及設(shè)計(jì)優(yōu)化等，是ANSYS不可缺少的重要技術(shù)。APDL的全稱是ANSYS Parametric Design Language，它是ANSYS的編程語言，可以利用文本編輯器，如寫字板、記事本等直接進(jìn)行參數(shù)化命令流的編寫，也可以采用從日志文件亦即LOG文件中提取命令流。APDL語言大大方便了建模、計(jì)算及數(shù)據(jù)處理，同時(shí)使有些憑手工無法想象的工作成為可能。 APDL與其它編程

47、語言一樣，具有參數(shù)、數(shù)組表達(dá)式、函數(shù)、流程控制(循環(huán)與分支)、重復(fù)執(zhí)行命令、縮寫、宏以及用戶程序等。APDL命令是十分豐富的，常用的有：模型的輸入和輸出命令、數(shù)據(jù)庫處理命令、宏命令、循環(huán)命令等。3.4 本章小結(jié) 本章主要是對于本課題所使用的ANSYS軟件進(jìn)行了一個(gè)簡要的介紹，使我們在運(yùn)用的時(shí)候大體了解我們所接觸的是什么軟件，是做什么用的。對于使用本軟件的具體的特點(diǎn)，會(huì)出現(xiàn)什么樣子的情況，以及從文字邏輯上看出ANSYS軟件是如何工作，通過何種方法與手段得到自己所需要的結(jié)果，在本文中都有部分的介紹。 最主要的是通過了解ANSYS軟件的知識基礎(chǔ)，與我們從實(shí)驗(yàn)方法得到的步驟可以做一個(gè)對比，使我們可以在

48、軟件分析的結(jié)果得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行邏輯上的推演，使我們可以從邏輯驗(yàn)證方法上面找到我們最初設(shè)計(jì)沒有考慮到的地方。第四章 ANSYS程序設(shè)計(jì) 以往的研究中采用的計(jì)算模型包括雙側(cè)對稱加強(qiáng)高模型，單側(cè)加強(qiáng)高模型以及雙側(cè)不對稱加強(qiáng)模型，考慮到后一種的應(yīng)力集中情況介于前兩種之間。本文采用第一種模型分別進(jìn)行計(jì)算13。 對接接頭簡化計(jì)算模型采用有限元軟件 ANSYS 進(jìn)行計(jì)算，選取四邊形八節(jié)點(diǎn)單元并在應(yīng)力集中區(qū)域細(xì)化網(wǎng)格為提高計(jì)算精度，在必要區(qū)域不排除三角形單元的產(chǎn)生。 利用APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)思想，本文從功能和組成上列出了軟件設(shè)計(jì)的思路圖表，如圖4-1參數(shù)設(shè)置幾何建模網(wǎng)格劃分加載計(jì)算結(jié)果后處理 圖4-1 APDL參

49、數(shù)化設(shè)計(jì)流程圖4.1 對接接頭工作應(yīng)力分布與應(yīng)力集中系數(shù)的計(jì)算方法 應(yīng)力集中系數(shù)是材料承受的交變應(yīng)力遠(yuǎn)小于其靜載下的強(qiáng)度極限時(shí)，破壞就有可能發(fā)生。材料會(huì)由于截面尺寸改變而引起應(yīng)力的局部增大，這種現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中,材料承受的交變應(yīng)力與靜載下的強(qiáng)度極限之比叫應(yīng)力集中系數(shù)。在這里，為了運(yùn)用ANSYS軟件計(jì)算方便，在這里引用出了應(yīng)力集中系數(shù)的公式，其中應(yīng)力集中系數(shù)的公式為： K= （4.1）并且假，我們可以由此開始應(yīng)力集中系數(shù)的計(jì)算14。由于使用ANSYS軟件可以分析出，而，引用（4.1)，可知道每次的數(shù)值模擬的應(yīng)力集中系數(shù)K的大小?；谝陨系?，可以方便的研究L,分別或者幾種組合起來對應(yīng)力集中系數(shù)K的

50、影響。研究的具體步驟流程可以參見圖2-1。4.2 對接接頭工作應(yīng)力的計(jì)算 由于采用的是ANSYS軟件分析在不同情況下的應(yīng)力分布，因此在ANSYS軟件中輸入一定的程序，那么就可以在軟件的輸出中看到應(yīng)力的分布，并且可以清晰的看到分布最大與最小的應(yīng)力位置，為求出應(yīng)力集中系數(shù)K提供了一種方法15。4.2.1 建模運(yùn)用ANSYS軟件，研究對接接頭工作應(yīng)力分布與應(yīng)力集中系數(shù),運(yùn)用如圖2-1作為本次實(shí)驗(yàn)的計(jì)算模型。 在圖2-1的中，圖示中幾何參數(shù)有板厚焊縫正面熔寬焊縫反面熔寬焊縫正面加強(qiáng)高焊縫反面加強(qiáng)高和試件計(jì)算長度L,應(yīng)力集中系數(shù)K=，并且假?；谝陨系?，研究L,對應(yīng)力集中系數(shù)K的影響。4.2.2 焊接應(yīng)

51、力載荷的施加 由于焊接應(yīng)力的影響方式不僅僅是一個(gè)變量的影響，因此我們需要從不同的角度來解決這個(gè)問題，也就是說我們需要不同的情況來進(jìn)行數(shù)值模擬，為此在以下的數(shù)值模擬部分，我們從正面余高和板厚對于應(yīng)力集中系數(shù)的影響，正面焊縫寬度和板厚對于應(yīng)力集中系數(shù)的影響，板子的長度和正面余高對于應(yīng)力集中系數(shù)的影響 ，正面焊縫寬度和板長對應(yīng)力集中系數(shù)的影響，在這些研究以上所羅列的研究方法的基礎(chǔ)上，我們在每一組的實(shí)驗(yàn)中，選取不同的數(shù)值來進(jìn)行模擬，可以得到在同一條件下，不同數(shù)值大小情況下的不同，并由這些數(shù)值所描繪處的趨勢圖來推斷應(yīng)力集中系數(shù)和正面余高，反面余高，板長，板厚，正面焊縫寬度，反面焊縫寬度對于應(yīng)力集中系數(shù)的

52、影響。4.2.3 工作應(yīng)力集中系數(shù)的求解 有了以上的運(yùn)算計(jì)劃以后，我們下一步需要的就是如何在程序上運(yùn)行這些數(shù)據(jù)所組成的實(shí)驗(yàn)條件，因此我們基于ANSYS軟件的編程，編寫了如下的程序，并且在下面的程序描述中，分別解釋了幾條重要程序所代表的含義。分別改變程序中的不同數(shù)值，分別模擬不同是要條件下不同數(shù)值大小小對應(yīng)力集中系數(shù)的影響。a. 計(jì)算參數(shù)設(shè)計(jì)44/prep7 /pnum,kp,1 /pnum,line,1/pnum,area,1/pnum,volu,1*set,Length,40 ! （長度） 參數(shù)設(shè)置*set,Thick,32（厚度）*set,YugaoP,7（正面余高）*set,YugaoN

53、,1（反面余高）*set,WidthP,20（正面焊縫寬度）*set,WidthN,14（反面焊縫寬度）RTP=(WidthP*WidthP)/(8*YugaoP)+YugaoP/2RTN=(WidthN*WidthN)/(8*YugaoN)+YugaoN/2 本部分程序定義了參數(shù)，其中包括有板長，厚度，正面余高，反面余高，正面焊縫寬度，反面焊縫寬度，最后兩條程序則是利用與焊縫截面相似的RTP/RTN，使用該圖形來代替實(shí)際焊縫截面模擬了焊縫區(qū)域，簡化了該模型的建立。 b.參數(shù)點(diǎn)的定位K,1,WidthN/2,0 ! K,2,Length,0 K,3,Length,ThickK,4,WidthP/2,ThickK,5,-WidthP/2,ThickK,6,-Length,ThickK,7,-Length,0 K,8,-WidthN/2,0 K,9,0,YugaoN!K,9,0,-Y