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厚壁管环焊缝焊接温度场应力场数值模拟及工艺分析
| 论文题名： | 厚壁管环焊缝焊接温度场应力场数值模拟及工艺分析 |
| 关键词： | 管道运输;厚壁管环焊缝技术;温度场;应力场;焊接工艺;数值模拟 |
| 摘要： | 长管运输过程中，厚壁管道焊接是一项十分重要的技术，焊缝形成的优劣直接影响到管道运输过程的效率，较差的焊缝会产生断裂，厚壁管残余应力的分布对于焊缝各部位的分析至关重要，而温度场的模拟为应力场的分析提供的热文件成为了分析依据。 本文通过使用ANSYS仿真软件对厚壁进行温度场应力场的有限元数值模拟，在一定的热力学的基本理论上，选择高斯热源模型，利用ANSYS命令流APDL语言进行有限元模型的建立，考虑相变过程中发生的潜热现象，选择合理的网格大小，选用合理的边界条件进行约束。前处理之后进行过程分析的加载，设定各种边界条件及步长，加载过程结束后进行最为重要的后处理部分。 在径向后处理分析中，模拟出最后一层焊缝的热循环曲线表明:焊接初期焊缝20mm处节点受上一层余热影响温度上升较快;焊接后期临近结束72s左右，受到低碳钢组织变化、空气对流等综合因素影响，冷却速度下降极为剧烈。所得出热循环曲线图表明焊缝中心热源点到达的最大温度随着距焊缝中心沿着管壁径向移动而逐渐降低。在残余应力的分析中利用生成的.rth热载荷文件进行热-力耦合分析，模拟的云图表明热力耦合过程时焊件发生了明显的形变，节点受到切向应力作用比径向应力更为明显。焊缝中心处等效应力随着焊接时问的增加成缓慢地非线性增加，到达该点之前几秒钟左右达到最人值，之后形成熔池，等效应力达到最小点，形成熔池之后等效应力急剧增加，形成的稳定值小于之前焊接过程的最大等效应力。随着节点距焊缝中心的远离，沿着半径的方向各点到达形成等效应力最大值的时间逐渐增加，形成熔池的等效应力逐渐增大，即形成的熔池区域也逐渐变小，加热过程中节点主要受到压应力影响，形成熔池之后的冷却过程则主要受拉应力影响 在轴向后处理分析中，通过不同工艺参数进行对比研究，后处理结果表明:热源中心处最大温度随着焊接电压及焊接电流的增加增人;热源中心处最大温度随着焊接速度的减慢而增大，速度的减慢导致相变停留时间的增加;热源中心处最大温度随焊接热源半径的增加而减小，双道焊焊接中第二道焊的最大温度也随之降低，同时导致相变停留时问的增加;双道焊焊接的热循环曲线表明，第二道焊热循环的最大温度增加的同时可以减少相变的停留时间。 |
| 作者： | 刘乐天 |
| 专业： | 机械工程；机械设计及理论 |
| 导师： | 董兴辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 华北电力大学(北京) |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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