平板焊接过程的有限元分析开题报告

 2020-02-10 11:02

1. 研究目的与意义(文献综述)

焊接是一门材料连接技术,通过某种物理化学过程使分离的材料产生原子或分子间的结合[1],它具有节省技术材料、减轻结构重量、密闭性好、成本低等优点。目前,它已经广泛的应用在许多的生产制造领域中。但是,由于焊件的不均匀受热,以致与会产生残余应力、变形以及焊接缺陷等问题,且这些问题会对构件的装配、使用寿命、安全性能等造成很大的影响[14]。如,焊接变形的存在会造成结构形状变异,尺寸精度、承载能力等也会降低,而且在工作载荷作用下也会引起附加弯矩和应力集中等现象,这不仅是焊接结构早期失效的主要原因,也是造成焊接结构疲劳强度降低的原因之一[16];此外,焊接残余应力的存在也会对结构的性能产生很大的影响。

针对上述问题,目前的研究方法主要有两种,即试验法与数值模拟法。其中,试验法主要依赖于经验公式与曲线,或者通过整理大量的实验获得数据来对这些问题进行分析。但是,大量的试验耗时耗力,占用的资源太多,而且还会受到许多不确定性因素的影响,难以全面客观地评价焊接的过程及其质量。而数值模拟法可以通过建立相应的模型来进行分析,通过有限元等分析方法对构件的焊接变形进行模拟与计算[15]。相对而言,焊接数值模拟法所需的人力物力会少很多,而且其结果更易于指导实践。因此,通过对焊接过程进行模拟,并以此预测焊接残余应力的分布及焊接变形的大小等的研究受到了许多的重视。

随着计算机水平的高速发展和有限元理论的不断发展,为焊接过程的数值模拟研究提供了非常有效的理论和工具。通过数值模拟可以将焊接的整个过程近似地模拟出来,根据模拟的结果来研究其残余应力分布以及变形的大小等规律,从而对实际的焊接工作进行指导和改进,以减少问题的发生概率,提高研究工作的效率,同时也能节省大量的人力物力[5]

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2. 研究的基本内容与方案

2.1 基本内容

采用有限元分析方法,利用ansys软件,运用命令流,通过模拟平板对接焊接过程的温度场,再将其结果作为热负荷进行加载,以此模拟出由焊接产生的热应力及变形,并将其与实测结果进行对比分析,为实际焊接生产中的工程分析的计算提供依据。

2.2 研究目标

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献,完成开题报告。

第4-5周:学习有限元分析软件:前处理器、求解器、后处理器。

第6-8周:确定焊接变形的计算流程、模型几何参数、焊接参数和热源模型等。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]杨春利, 林三宝主编. 电弧焊基础[m]. 第1版. 哈尔滨工业大学出版社, 2003. 02: 2.

[2]李天庆, 常洺, 武传松, 雷玉成. 等离子弧焊接过程数值模拟研究现状分析[j]. 焊接, 2018, (07): 29-35 66.

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