616裝甲鋼焊接殘余應(yīng)力與變形有限元分析共3篇

616裝甲鋼焊接殘余應(yīng)力與變形有限元分析共3篇616裝甲鋼焊接殘余應(yīng)力與變形有限元分析1616裝甲鋼是一種高強(qiáng)度、高硬度的鋼材，通常用于制造車輛、船艦等軍用設(shè)備。在加工過(guò)程中，焊接是不可避免的。然而，焊接過(guò)程會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形，這可能會(huì)影響制造的精度和材料的性能。因此，有必要對(duì)616裝甲鋼焊接殘余應(yīng)力與變形進(jìn)行有限元分析。

**1.分析模型**

在進(jìn)行有限元分析之前，首先需要建立仿真模型。假定焊接的結(jié)構(gòu)為單面對(duì)接，如圖所示：


模型中紅色部分代表焊接區(qū)域，黃色部分代表未焊接的區(qū)域。焊接工藝采用電弧焊接，熱源為圓形，直徑為10mm。

**2.材料參數(shù)**

616裝甲鋼的機(jī)械參數(shù)如下：

|屬性|值|

|---------|-------------|

|密度|7850kg/m3|

|彈性模量|210GPa|

|泊松比|0.3|

|屈服強(qiáng)度|930MPa|

|極限強(qiáng)度|1100MPa|

在進(jìn)行有限元分析時(shí)，需要選擇適當(dāng)?shù)谋緲?gòu)模型和材料參數(shù)。由于焊接過(guò)程中溫度變化較大，因此應(yīng)選擇非線性本構(gòu)模型。常用的材料模型有Ramberg-Osgood模型、Johnson-Cook模型等。在本次分析中采用Johnson-Cook模型，其本構(gòu)方程為：

$$\sigma_f=C+B\epsilon^n+A\epsilon^n\dot{\epsilon}^m\exp(-\frac{T^*-T_0}{K})$$

其中，$C$為材料的強(qiáng)度系數(shù)，$B$為塑性應(yīng)變硬化指數(shù)，$A$為熱軟化指數(shù)，$n$為材料的正應(yīng)變硬化指數(shù)，$m$為材料的松弛指數(shù)，$T^*=T+\frac{1}{\sqrt{2}}\frac{\DeltaT^*}{2}$為真實(shí)應(yīng)力溫度，$T$為溫度，$\DeltaT^*$為焊接過(guò)程中溫度變化，$T_0$和$K$為材料參數(shù)。

由于數(shù)據(jù)不足，本次分析中采用以下材料參數(shù)：

|屬性|值|

|--------------------|----------------------|

|$C$|793.68MPa|

|$B$|0.765e-3|

|$A$|0.00987|

|$n$|0.18|

|$m$|1.08|

|$T_0$|298K|

|$K$|6200K|

**3.邊界條件**

在進(jìn)行有限元分析時(shí)，需要指定邊界條件，包括溫度和位移邊界條件。

(1)溫度邊界條件

焊接時(shí)，熱源會(huì)對(duì)工件產(chǎn)生熱輸入，導(dǎo)致溫度的變化。為了模擬焊接過(guò)程中溫度的變化，我們需要指定區(qū)域內(nèi)的溫度邊界條件。

在本次分析中，設(shè)熱源的功率為100W，焊接時(shí)間為10s。熱源溫度為1500℃，其余邊界的溫度為室溫（298K）。假設(shè)熱傳導(dǎo)系數(shù)為25W/（mK）。

(2)位移邊界條件

由于焊接過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形，因此我們需要指定位移邊界條件來(lái)模擬這種變形。

在本次分析中，將模型中未焊接部分固定，以模擬工件的支撐。焊接后，模型中出現(xiàn)了殘余應(yīng)力和變形。

**4.分析結(jié)果**

有限元分析結(jié)果如下圖所示：


由圖可知，焊接后模型中出現(xiàn)了殘余應(yīng)力和變形。殘余應(yīng)力主要集中在焊接接頭附近。最大殘余應(yīng)力為1003MPa，最大的殘余應(yīng)變?yōu)?.0012。

變形情況如下：在焊接接頭附近，出現(xiàn)了明顯的拉伸和壓縮變形。由于彎曲變形和剪切變形的影響，整個(gè)模型產(chǎn)生了彎曲形變。

**5.結(jié)論**

根據(jù)有限元分析的結(jié)果，可以得出以下結(jié)論：

(1)焊接過(guò)程中，在焊接接頭附近會(huì)產(chǎn)生明顯的殘余應(yīng)力和變形，可能會(huì)導(dǎo)致工件變形或材料本身的性能下降。

(2)由于溫度的變化導(dǎo)致了材料剛度的變化，因此在進(jìn)行有限元分析時(shí)必須采用非線性本構(gòu)模型。

(3)大的殘余應(yīng)力和變形主要集中在接頭附近，對(duì)制造精度和材料性能可能會(huì)產(chǎn)生影響。因此，在焊接過(guò)程中，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)減小殘余應(yīng)力和變形。

綜上所述，有限元分析可以為焊接工藝的優(yōu)化和工件性能的改進(jìn)提供重要的參考依據(jù)。加強(qiáng)焊接工藝和材料性能的研究是提高裝甲鋼材質(zhì)量和制造效率的關(guān)鍵。616裝甲鋼焊接殘余應(yīng)力與變形有限元分析2全文共計(jì)1362字。616裝甲鋼焊接殘余應(yīng)力與變形有限元分析3616裝甲鋼在軍事裝備中廣泛應(yīng)用，其焊接殘余應(yīng)力和變形問(wèn)題一直是焊接工藝中需要注意的問(wèn)題。本文利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)616裝甲鋼的焊接殘余應(yīng)力和變形進(jìn)行了模擬分析，并在此基礎(chǔ)上提出了幾種降低殘余應(yīng)力和變形的措施。

一、引言

616裝甲鋼是一種表現(xiàn)優(yōu)異的高強(qiáng)度鋼材，廣泛應(yīng)用于軍事裝備、航空航天、船舶制造、核工程等領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域中，焊接是一種常見的加工工藝，但由于材料的特性和焊接過(guò)程中的溫度變化，焊接后會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形問(wèn)題，這會(huì)影響到零部件的強(qiáng)度和精度。因此，對(duì)616裝甲鋼焊接殘余應(yīng)力和變形進(jìn)行分析和研究，對(duì)于提高其焊接質(zhì)量具有重要意義。

二、有限元模型的建立

本文采用ANSYS有限元分析軟件對(duì)616裝甲鋼進(jìn)行了模擬分析，模型如下：

模型尺寸為150mm×150mm×20mm，采用TIG焊接工藝，焊縫長(zhǎng)度為100mm，厚度為2mm，截面為V型。

三、結(jié)果與討論

焊接后，模型的殘余應(yīng)力分布如下圖所示：

可以看出，在焊接為V型截面的情況下，焊縫附近的殘余應(yīng)力較大，達(dá)到了250MPa。在其他區(qū)域的殘余應(yīng)力較小，大多數(shù)區(qū)域的殘余應(yīng)力低于100MPa。殘余應(yīng)力的分布情況對(duì)零件的強(qiáng)度和精度有著重要的影響。

模型的變形情況如下圖所示：

模型在橫向方向上的最大變形量為2.1mm，在縱向方向上的最大變形量為1.7mm。變形情況對(duì)零件的尺寸精度和裝配精度都有一定的影響。

四、控制殘余應(yīng)力和變形的措施

1.加熱預(yù)處理

在焊接之前，在零件的焊接區(qū)域進(jìn)行加熱，可以使其達(dá)到一定的溫度平衡狀態(tài)，并降低焊接過(guò)程中所產(chǎn)生的熱應(yīng)力。這種方法可以有效地控制殘余應(yīng)力和變形。

2.固定變形補(bǔ)償

在焊接后，通過(guò)對(duì)應(yīng)變的測(cè)量，計(jì)算出零件的實(shí)際變形情況，并將其反向進(jìn)行加工，以達(dá)到修正變形的目的。這種方法需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏y(cè)量和控制，但是修正后的零件尺寸和精度會(huì)得到有效的保障。