基于有限元软件的薄板焊接接头应力变形模拟

陈银银

（河南工业贸易职业学院，河南 郑州450000）

1 焊接温度场的分析理论

在焊接过程中，焊接热输入和热传导对冶金过程、固态相变、组织性能和应力应变等都有重要的影响。焊接是一个局部快速加热，然后部分熔化或者产生相变，并迅速冷却的过程。随着焊接热源的移动，焊接部位温度场急速变化，材料的热学性能也急剧变化。因此，焊接温度场分析属于典型的非瞬态热传导问题。

2 热源模型

在进行焊接温度场的数值计算时，研究人员通常把焊接热源简化为具有某种分布规律的热流密度函数，用于计算不同焊接过程的温度场。在现有数值模拟过程中通常采用的热源模型有三种：高斯热源、双椭圆高斯热源、双椭球热源，在Marc 中采用的是Goldak 提出的双椭球热源模型，此模型中热流密度沿长轴呈高斯分布前半部分是1/4 椭球，后半部分是3/4 椭球。

3 焊接应力场理论

材料处于弹性或者塑性状态的应力应变为:

式中：f 为屈服函数;

f0为与温度和塑性应变有关的屈服应力的函数。

4 求解流程

基于有限元软件MSC.MARC 的温度场和应力场分析流程图如图1 所示。

5 薄板焊接的有限元模型建立

薄板焊接过程模拟计算所采用的焊板尺寸为1200mm*200mm*6mm,焊板由两块600mm*200mm*6mm 钢板焊接而成，为保证焊透，在钢板焊接边上加工600 坡口。

5.1 建立有限元网格模型

5.1.1 生成几何平面，全过程如下:

依次输入特殊点的坐标，则点将自动连成线，最后构成了对接接头的焊接模型面。面分为三个部分：两块母材区和焊缝区，如图2 所示。……