921A鋼焊接殘余應力的數(shù)值模擬與測量共3篇

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

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

二、焊接殘余應力的成因

焊接造成的殘余應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難以被消除的殘余物理應力，它會引起變形和裂縫在焊接結(jié)構(gòu)中。殘余應力產(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)，這個過程決定了殘余應力的強度和分布。

2.結(jié)構(gòu)變形-焊接過程中發(fā)生結(jié)構(gòu)變形會導致殘余應力的產(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-即使沒有以上兩種情況的作用，也會有產(chǎn)生殘余應力的可能性。

三、數(shù)值模擬殘余應力的步驟

1.模型的建立-根據(jù)板件幾何尺寸，確定鋼板的設計尺寸，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-考慮到模擬實際的焊接過程還需要考慮熱電耦合方程和傳熱方程。因此，我們可以通過工程軟件模擬出熔化池形成和冷卻的過程，同時考慮材料特性與溫度，輸出殘余的應力和變形信息。

四、數(shù)值模擬計算流程圖：


五、焊接殘余應力的測量

數(shù)值模擬計算出來的焊接殘余應力，需要通過實際測試來驗證。以下是768mm*534mm*21mm板與4mm板的角鋼進行對接焊接后殘余應力實驗的測量過程：

1.在板的表面上面選擇一個需要測量的點進行標記

2.在標記點附近底面垂直于鋼板的方向固定測量工具

3.用相應的測量工具測量標記點的殘余應力

4.在測量時需要注意工具是否有誤差，注意測量時的穩(wěn)定性和準確性

六、結(jié)論

在焊接過程中，焊接殘余應力對焊接質(zhì)量和使用安全性都有著重要的影響。因此，需采用數(shù)值模擬和實驗測試的方法進行分析和研究，使焊接過程更加安全可靠。921A鋼焊接殘余應力的數(shù)值模擬與測量2焊接是一種常見的加工方法，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)中。焊接過程中，由于加熱和冷卻過程的不均勻性，會產(chǎn)生殘余應力。這種殘余應力對于焊接件的設計和使用會產(chǎn)生重要的影響，因此研究焊接殘余應力具有重要的意義。本文將介紹921A鋼焊接殘余應力的數(shù)值模擬與測量。

一、數(shù)值模擬

1.1模型建立

本文采用有限元方法進行模擬。模型結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是一個長方體結(jié)構(gòu)。用ABAQUS軟件建立模型，并將模型分為兩個部分：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際情況相符。模型的尺寸為100mm×50mm×10mm。焊接部分長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置為E=210GPa，ν=0.3，并假設鋼材為各向同性材料。

1.2模型計算

模型的計算過程包括：網(wǎng)格劃分、施力、邊界條件的設定、材料的力學參數(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、加熱源等的設定。

在進行計算之前，需要將焊接區(qū)域設為熱源區(qū)。為了保證計算的準確性，必須對加熱源進行精確的建模，包括加熱源功率密度分布、加熱強度分布等。在進行計算時，采用瞬態(tài)熱傳導方程，對焊接區(qū)域進行加熱，然后進行冷卻。計算過程中，需要對溫度、變形和應力進行迭代計算，直到收斂為止。

計算結(jié)果如下：

1.3結(jié)果分析

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

二、測量

2.1實驗設計

在進行數(shù)值模擬的同時，進行實驗測量，以驗證模擬結(jié)果的準確性。本文采用激光剪切法進行測量。測量時，將焊接件放置在臺上，并在距離焊接區(qū)域20mm處涂上黑色涂料。

2.2實驗步驟

（1）準備工作。選擇一臺合適的激光剪切器，調(diào)整好各項參數(shù)，保證精度和準確度。

（2）進行測量。將激光剪切器對準樣品，進行切割，使得切口盡量平直，尺寸適當。

（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)進行比較，利用差異進行計算。

（4）數(shù)據(jù)處理。將數(shù)據(jù)導入計算機，進行處理，并與數(shù)值模擬結(jié)果進行比較。以驗證實驗結(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，在焊接過程中，殘留應力的主要集中在焊接區(qū)域內(nèi)，并沿垂直方向逐漸降低。測得的殘余應力最大值為177MPa，誤差不超過5%。

三、結(jié)論

通過數(shù)值模擬和實驗測量，本文得到了921A鋼焊接殘余應力的準確模擬和測量結(jié)果。研究表明，焊接過程中產(chǎn)生的殘留應力主要集中在焊接區(qū)域內(nèi)。在進行實際應用時，需要考慮這些殘留應力對焊接件性能的影響。因此，在設計和生產(chǎn)焊接構(gòu)件時，必須對殘留應力進行充分的評估。921A鋼焊接殘余應力的數(shù)值模擬與測量3921A鋼焊接殘余應力的數(shù)值模擬與測量

引言

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

一、921A鋼

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

二、焊接殘余應力

在焊接中，引起殘余應力的原因主要有以下三點：

(1)焊接過程中的熱膨脹，導致焊接后冷卻時產(chǎn)生的收縮額外的力。

(2)焊接過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)生了殘余應力。

(3)焊接部位的局部應力超過材料的屈服強度，導致殘余應力。

焊接殘余應力會導致鋼材的形變和破裂，并且可能會導致鋼材在工作過程中的失效。因此，焊接殘余應力的數(shù)值模擬和測量是非常重要的。

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家理解和預測焊接過程中的殘余應力。對于921A鋼焊接殘余應力的數(shù)值模擬，可以采用有限元方法。

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

四、測量方法

測量焊接部位的殘余應力可以采用電子應力計和X射線應力分析儀。電子應力計可以用于測量小區(qū)域的殘余應力，而X射線應力分析儀可以用于針對整個焊接區(qū)域進行測量。

電子應力計原理是利用應變計的敏感元件。測量時，將應力計粘附在焊接部位的表面上，通過加壓或拉伸的方式使其受力產(chǎn)生應變，從而測量出殘余應力。

X射線應力分析儀原理是利用材料的晶格結(jié)構(gòu)來測量殘余應力。X射線入射到鋼材表面會