钢梁桥焊接残余应力的计算机模拟

针对焊接过程复杂的边界条件及高度非线性,基于钢结构焊接残余应力的产生机理及特点,提出钢梁桥复杂结构构造焊接残余应力的简化模型和计算机模拟的基本流程。采用热-结构单向顺序耦合的方法先进行温度场分析,后将温度场计算结果作为预定义场进行加载求解应力场,实现钢梁桥焊接残余应力的计算机模拟。基于生死单元技术采用逐步激活焊缝单元模拟焊缝材料的逐步填充过程,采取生热率的方式模拟热源的移动加载,以模拟实际焊接中沿深度方向的焊接传热过程。以沪通长江大桥正交异性钢桥面板与U肋焊接为例,采用有限元软件ANSYS分析焊接过程中的温度与应力响应,计算结果与理论规律吻合良好,验证了所提方法和基本流程的可行性。     

正交异性钢桥面肋-板焊接残余应力的数值模拟

由于正交异性钢桥面U肋与顶板焊后残余应力分布复杂,采用解析方法无法求解,为此,采用有限元热-力耦合分析技术对其温度场和应力场进行数值模拟。利用ANSYS有限元软件建立顶板厚16mm、U肋厚8mm的正交异性桥面板双层焊缝模型。引入高温条件下Q345q钢的力学性能参数,考虑焊接电流、电压、焊接速度,对焊接过程进行数值模拟。通过控制热源移动加载,计算出合理的焊接温度场;利用热-力耦合分析技术,调用温度场计算结果,分析得到焊接残余应力场分布。计算结果表明:有限元数值模拟技术可以用于焊接结构残余应力分析;焊缝处不均匀加热与放热导致焊缝中部垂直焊缝方向及沿板厚方向存在较大残余应力,设计时应充分考虑残余应力对结构力学行为的影响。     

厦漳大桥(南汊)锚拉板焊接残余应力有限元分析

为了得到焊接残余应力的分布,确保结构安全,对厦漳大桥(南汊)锚拉板P3焊缝焊接残余应力进行研究,应用三维有限元分析方法及高斯热源函数,结合单元生死技术模拟焊道焊接过程,分析焊接过程中的温度分布和应力分布,以及冷却后的残余应力。     

热成型前防撞梁防断裂优化设计

针对焊接对热成型前防撞梁碰撞性能影响进行了详细分析,并针对焊缝结构进行了布置优化。结果表明热成型焊接热影响区母材脆化,抗拉强度下降40%,导致ODB偏置碰撞时防撞梁横梁在焊缝处断裂,优化焊缝布置结构,减小焊缝长度可有效防止防撞梁横梁断裂。     

轿车后桥加工中的残余应力研究

分别对轿车后桥横梁鞍形加强筋焊缝头部附近在冲压与焊接后的残余应力进行了测试，分析了残余应力分布与变化情况。研究结果表明，横梁中的冲压残余拉应力在焊接后变小，对焊接后的后桥中残余应力分布是有利的；后桥横梁鞍形加强筋焊缝头部的残余拉应力最大，可导致此处发生疲劳损伤。     

汽车扭转梁焊缝数值模拟分析

通过对某车型扭转梁路试易开裂焊缝进行焊接热应力场数值模拟分析,对比不同焊接工艺参数对焊接残余应力的影响,研究表明:(1)不同的焊接电流电压,残余应力值在热影响区域发生突变,且峰值有显著差异。扭转横梁侧的残余应力峰值大于加强板一侧。热影响区残余应力峰值表现出随电流增大应力值减小的趋势,当焊接电流达到240A时应力峰值突增;(2)在焊缝的起弧与收弧端部,残余应力值有波动,峰值大于中部的稳定应力值。(3)采用焊接电流220A、电压24V、速度10mm/s、起收弧长度15mm的焊接工艺参数,残余应力分布最优,该焊接工艺焊接的扭转梁通过多轮耐久路试验证,解决了焊缝开裂问题。     

混合梁斜拉桥锚拉板主焊缝焊接过程数值分析

为探索锚拉板结构焊缝的焊接温度场和残余应力分布规律,以赣江特大桥(主跨300m的双塔混合梁斜拉桥)为背景工程,采用ANSYS软件建立中跨主梁边腹板与锚拉板主板连接部分焊缝的有限元模型,基于热-结构耦合分析方法和生死单元技术,对焊缝焊接温度场和应力进行分析。结果表明:施焊过程中,熔池金属的温度超过了钢材熔点,熔池前方的温度梯度较陡,熔池后方的温度梯度较缓;施焊前焊缝区域应力水平低,施焊中熔池区域应力为0,临近熔池区域存在压应力、远离熔池区域存在拉应力,焊后冷却时,熔池区域存在拉应力,而其他位置存在压应力;焊后残余应力水平较高,最大残余应力接近钢材的屈服强度,焊缝区域受力状态不利,在设计施工与后期运营中应予以特别重视。     

仪表板横梁支架焊缝设计质量评价方法

在研究仪表板横梁支架(CCB)焊缝分布及焊缝长度的基础匕,建立了CCB数值模型.采用局部汁算模型对CCB焊接残余应力分布情况进行了分析.结合CCB的工作应力情况,将CCB两管的焊接残余应力与路谱载荷进行耦合汁箅,得到了CCB的内部应力分布,并确定了焊缝安全系数范围,建立了CCB焊缝没计质量评价方法.利用该方法可预测焊后...     

碳纤维复合材料防撞梁轻量化设计

为某车型设计了碳纤维复合材料防撞梁,建立了其有限元分析模型,并用传统钢制防撞梁碰撞试验与仿真结果对比验证了模型准确性。然后采用全因子实验设计确定其横截面形状与铺层顺序的最优组合,最后应用NSGA-Ⅱ遗传算法对防撞梁结构铺层厚度进行了多目标优化。结果表明,在其碰撞性能提高的基础上,轻量效果达到将近65%,且优化后的防撞梁结构与吸能盒和前纵梁结构连接后,在高速碰撞过程中变形模式更合理。     

钢桥整体节点焊接残余应力三维有限元分析

钢桥整体节点最常见的问题是焊缝处出现疲劳裂纹,焊接残余应力是重要影响因素之一.在大型有限元软件ANSYS的基础上,开发了相应的焊接程序,选用三维实体单元,考虑材料物理性能随温度和相变的影响,采用内部生热的加载方法模拟焊接热源的移动,运用单元生死技术模拟多道焊过程,获得了焊接温度场和应力场的动态变化过程,并对计算结果进行了分析.     

焊缝层数对斜拉桥锚拉板焊接残余应力影响

锚拉板是斜拉桥的重要受力构件,其残余应力直接影响桥梁的疲劳寿命。实际锚拉板焊接施工时,每条焊缝均采用一定厚度的焊层进行焊接,具体焊层数和焊层厚度常依据经验确定且波动较大。因此,在探究焊缝层数和焊层厚度的优化取值上对斜拉桥锚拉板焊接残余应力的影响进行分析。首先根据斜拉桥锚拉板的实际焊接工艺,利用ANSYS软件建立了对接钢板和锚拉板的焊接有限元模型,进行了残余应力分析与试验验证。然后基于验证后的模型对实际锚拉板的焊接过程进行了残余应力分析,并探讨了不同焊缝层数对锚拉板焊接残余应力的影响,得出了具有工程实用价值的结论。     

ODB 工况下车体前纵梁路径变形模式控制方法及应用

在偏置变形壁障（Offset Deformable Barrier，ODB）工况下，因为壁障与车辆相对位置存在试验的允许偏差，导致前防撞横梁、吸能盒、前纵梁所受载荷在不同偏差位置下也各不相同，变形模式也可能产生差异，造成实际试验结果可能与计划不相符。在考虑试验偏差的情况下，详细分析前防撞横梁、吸能盒、前纵梁的力学特性，详述了各部品实现稳定变形模式的控制方法和应用结果。     

钢桥面横隔板与U肋焊接处残余应力场分析

为了解正交异性钢桥面板横隔板与U肋焊接处残余应力分布特征,明确横隔板弧形切口疲劳开裂机理,采用热-结构耦合方法建立横隔板-U肋焊接连接的热弹塑性有限元模型,通过"生死单元"技术模拟焊缝的填充过程,得到焊接温度场与应力场,分析横隔板焊缝和弧形切口处残余应力的分布规律。结果表明:横隔板焊趾处纵向残余应力为拉应力,峰值为345 MPa,横向残余应力在焊缝开始位置和尾部区域为拉应力,在焊缝中间应力水平较低;横隔板弧形切口附近残余应力变化剧烈,且沿切口弧线长度和钢板厚度分布不均匀;从切口顶点到起弧点位置,残余应力从压应力变化为拉应力,起弧点处应力峰值为231 MPa;焊接引起的焊缝尾部高水平残余应力是导致横隔板弧形切口疲劳开裂的关键因素。     

浅探气体保护焊焊接顺序对薄钢板焊接变形的影响

<正>一、焊接变形分析焊接是通过热量来实现两工件的连接,但是热量会使工件产生焊接热变形。对工件进行不均匀加热,在加热的过程中,只要高温产生应力大于材料屈服点,工件就会产生伸缩塑性变形,冷却后工件必然有残余应力和残余变形。二、焊接变形控制从焊接工艺上进行改进,比如用连续点焊替代连续焊接可以有效防止和减少焊接变形所带来的危害。除此之外,常见的防止焊接变形的方法有:反变形法;利用装配和焊接顺序来控制变形;刚性固定法;锤击焊缝法等。利用装配和焊接顺序来控制变     

基于ANSYS的汽车后桥焊接变形优化

建立了某汽车后桥的有限元模型,确定了材料热物理性能参数和热源模型,介绍了利用生死单元方法模拟焊缝金属的填充过程,并根据实际情况制定了焊接变形合格范围.采用ANSYS有限元仿真技术对后桥焊接变形进行了预测及优化,通过改变焊缝的焊接顺序及方向实现了抑制焊接变形的目的.结果表明,优化后后桥焊接变形量最小为1.3 mm,模拟计算结果与实测结果相吻合.     

钢桁梁桥整体节点焊接残余应力试验

为研究东江大桥整体节点焊接残余应力的大小及分布规律,采用与实桥相同的焊接工艺制作了实桥E16节点的1∶1足尺模型,用盲孔法对该节点模型各主要焊缝的残余应力大小与分布进行了测试。结果表明:对于整体节点而言,焊接过程会产生很大的残余应力,其最大值接近材料的屈服强度;在焊缝区域,沿焊缝垂线方向,纵向残余应力均呈压应力-拉应力-压应力交替分布,规律明显,在焊缝中心处为最大拉残余应力;在不等厚对接焊区域,厚板一侧的残余应力大于薄板一侧;打磨和钻螺栓孔可以对残余应力起到释放作用;研究结论可为制定消除整体节点焊接残余应力的措施提供依据。     

不同热源模型下顶板-U肋焊缝焊接残余应力分析

钢桥面板在焊接过程中会产生较大的残余应力,严重影响其使用性能。为确定焊接过程中残余应力的大小,基于有限元软件ANSYS,建立了正交异性钢桥面板U肋节段模型,采用均匀体热源模型、半球状热源模型、双椭球热源模型三种不同的热源模型,通过生死单元技术,对顶板-U肋焊缝焊接过程进行了数值模拟,得到了不同热源模型下的焊接温度场。在温度场计算结果的基础上,采用间接耦合法,计算了各热源模型下的焊接应力场。对不同热源模型下的温度场和应力场计算结果进行了比较。结果表明:三种模型在温度场整体分布和应力场顺桥向与横桥向分布上基本一致,仅在纵向应力沿板厚分布上存在轻微差异。     

钢桥面板U肋焊接残余应力影响因素分析

为了进行钢桥面板U肋焊接残余应力精确计算及影响因素定量分析,以星海湾跨海大桥钢桥面板U肋为研究对象,在ABAQUS有限元软件中,建立钢桥面板U肋局部模型,通过自编的Dflux子程序,进行双椭球热源的加载,模拟V型坡口焊的焊接过程,得到顶板与U肋板残余应力分布,从而研究顶板板厚与焊接坡口角度2种因素对U肋焊接残余应力的影响。结果表明:本文的分析方法得到的焊接残余应力计算结果与前人试验数据结果对比,两者吻合较好,本文分析方法有效;顶板与U肋板在靠近焊缝处都出现最大残余拉应力,且均超过材料的屈服极限;随着顶板板厚增大,顶板与U肋板的残余拉应力峰值增大;而随着坡口角度增大,顶板与U肋板的残余拉应力峰值则减小。     

客车骨架焊接工艺合理性分析

在客车骨架焊接过程中，焊缝分布不均匀，整体骨架平整度超差，焊接接头存在残余应力。通过选择科学的焊接方法，采取合理的焊接顺序，可以有效防止焊接变形。     

持荷状态下大尺度钢管拱肋拼接焊缝焊接残余应力分析

为研究持荷作用对大尺度钢管拱肋拼接焊缝残余应力的影响,以及大尺度焊缝焊接残余应力的分布规律,以主跨575 m的特大跨钢管混凝土拱桥——广西平南三桥为背景进行分析。开展持荷状态下拱肋拼接焊缝残余应力足尺模型试验与数值模拟,分析拱肋拼接焊缝试件轴向、环向焊接残余应力分布情况,并与非持荷状态试件进行对比。结果表明：持荷作用对钢管拱肋拼接焊缝焊接残余应力的影响较小,但管内节点处肋板的设置会对钢管拱肋拼接焊缝残余应力产生较大影响;拼接节点处的轴向焊接残余应力以拉应力为主,沿拱肋主管轴向先增大后减小,最终趋于稳定;拼接节点处的环向焊接残余应力沿主管环向拉-压交替分布,拉应力分布在离焊缝较近区域与肋板影响区域,压应力主要分布在肋板之间区域。