学海网

毕业设计 异种钢熔焊过程的数值模拟，共47页，24902字。
摘要
本文运用有限单元分析法（FEM），对电站锅炉内常采用的G102（12Cr2MoWVTiB）和SUS304（0Cr19Ni9）异种钢熔焊接头的焊接温度场、焊接残余应力场进行了数值模拟，探讨了接头温度场、应力场的分布规律。在阐述有限单元法基本理论和推导基本方程的基础上，以大型有限元分析软件ANSYS作为分析手段，对这类异种钢接头在几种不同焊接工艺条件下的温度场、应力场分布状况进行了动态模拟。通过对运算结果的对比性分析，从降低焊接残余应力的角度出发，提出了这类接头焊接工艺的具体优化方案。本文还通过有关实验，对部分模拟运算结果进行了验证。
关键词：数值模拟技术 有限单元法 ANSYS软件 温度场 应力场

插图清单
图2－1 八节点六面体单元……………………………………………………15
图3－1 加热斑点上热流密度的分布…………………………………………19
图3－2 熔化潜热………………………………………………………………21
图3－3 材料热焓随温度变化曲线……………………………………………22
图3－4 接头坡口形式…………………………………………………………23
图3－5 温度场计算时采用的有限元计算网格………………………………24
图3－6 焊接准稳态温度场的分布……………………………………………26
图3－7 焊缝中心点的热循环曲线……………………………………………27
图3－8
图3－9
图3－10
图4－1 显微组织与温度、应变应力及应力场之间的相互关系……………31
图4－2
图4－3
图4－4 管内表面周向残余应力分布…………………………………………36
图4－5 管外表面周向残余应力分布…………………………………………37
图4－6 管外表面轴向残余应力分布…………………………………………38
图4－7 管内表面轴向残余应力的分布………………………………………38
图4－8 不同焊材下残余应力的比较…………………………………………39
图4－9 焊后热处理与非热处理残余应力的比较……………………………39
目录
第一章 绪论………………………………………………………………………1
1.1引言………………………………………………………………………1
1.2焊接数值模拟的基础……………………………………………………1
1.3焊接温度场与力学场模拟的研究进展…………………………………3
1.4本论文的主要内容………………………………………………………6
第二章 有限元法在焊接数值模拟中的应用……………………………………8
2.1三维热传导的变分问题…………………………………………………9
2.2三维温度场的等参单元分析……………………………………………10
第三章 焊接温度场的计算………………………………………………………14
3.1焊接热源模型……………………………………………………………14
3.2材料的物理性能和边界换热系数………………………………………16
3.3熔化潜热…………………………………………………………………16
3.4焊接温度场数学模型的建立……………………………………………18
3.5施加载荷…………………………………………………………………19
3.6焊接温度场的计算结果…………………………………………………20
第四章 焊接应力场的计算结果分析……………………………………………24
4.1焊接内应力的基本概念…………………………………………………24
4.1耦合场分析………………………………………………………………24
4.2焊接热应力耦合原理……………………………………………………24
4.3焊接应力场计算结果分析………………………………………………31
4.4应力场分布规律总结……………………………………………………30
第五章 熔焊过程的实验研究……………………………………………………36
5.1试验目的及内容…………………………………………………………36
5.2试验设备及仪器…………………………………………………………37
5.3试验工艺流程及实施步骤………………………………………………37
5.4实验结果分析……………………………………………………………37
第六章 结论与展望………………………………………………………………39
参考文献……………………………………………………………………………40