钢结构立柱焊接过程的有限元仿真开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1 选题的目的和意义

焊接是一个局部快速加热到高温,并随后快速冷却的过程。焊接过程中的物理现象包括焊接时的电磁、传热、金属的熔化和凝固、冷却时的相变、焊接应力和变形等,要得到一个高质量的焊接结构必须要控制所有这些因素。近年来,高层建筑如雨后春笋,其中以钢结构和钢-混凝土为主要形式。在高层钢结构建筑中,箱型柱以其较好的受力特性而被广泛应用[1],例如1972年和1973年相继建成的美国世贸大楼[2],就是以截面尺寸不同的钢箱柱为主要受力构件,而钢箱柱主要由焊接工艺制作而成。在实际操作中[3],人们一般凭借经验或者是通过一系列的实验来获得可靠而经济的焊接结构。然而,大型的焊接结构如果只依靠实验方法积累数据不仅要花费大量的时间和经费,而且任何尝试的失败,都将造成重大的经济损失。随着计算机技术的不断发展,有限元方法开始应用于焊接领域,ANSYS等各种商业软件也层出不穷。在大型工程中,很多焊接试验开销太大或者根本无法进行,利用有限元方法模拟焊接过程,可以避免进行实验,从而大大降低成本。同时,模拟焊接过程可以保证最终焊接结构质量的可靠性,为建筑安全提供了保障。

1.2 国内外关于该论题的研究现状

国内关于焊接数值模拟的相关研究最早开始于上海交通大学。由上海交通大学的陈楚主编的《数值分析在焊接中的应用》[4],最早介绍了数值分析方法,主要是有限元法和差分法在焊接领域中的应用。此后,上海交通大学开发出了二维平面变形和轴对称的焊接热弹塑性有限元分析程序[5],同时考虑了温度对材料的影响和进入塑变后卸载和应变硬化问题。近年来,国内关于焊接数值模拟的研究如雨后春笋一般。在厚板多层多道焊的数值模拟方面,罗金华等人利用ANSYS软件[6],将solid70和solid90单元结合。对中厚板焊接的温度场和应力应变场等进行了三维数值模拟。贾坤宁等人通过数值模拟的方法[7]确定中厚板桥梁钢的合理焊接工艺,并通过实验方法验证和对接头组织性能进行了分析。房元斌等人对大型结构件中厚板焊接的焊道进行优化[8],将三层六道焊缝分别处理为2层3道焊和单层单道焊,利用MARC软件对焊接过程进行了模拟。张文平等人针对超微弧(ForceArc)焊接过程的新特点[9],建立了合适的体积热源模型,利用SYSWELD软件对Q690高强钢中厚板焊接过程进行了数值模拟分析。

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