固有應(yīng)變法與熱彈塑性法之間特點(diǎn)鮮明、優(yōu)勢互補(bǔ)，共同組成當(dāng)前焊接應(yīng)力與變形模擬分析的兩大類基本方法。熱彈塑性法可以跟蹤焊接熱-力全過程，但計(jì)算成本較高、計(jì)算效率低下;而固有應(yīng)變法計(jì)算量小、效率高，但只有焊接終了結(jié)果，且在精確度上不如熱彈塑性法。在實(shí)際應(yīng)用過程中，人們往往采用熱彈塑性法進(jìn)行焊接熱-力過程詳細(xì)的、科學(xué)的計(jì)算，而對于大型復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)，則采用固有應(yīng)變法進(jìn)行分析?；趦煞N方法的焊接過程有限元計(jì)算的詳細(xì)對比如表 5-1所示。

表 5-1 熱彈塑性法與固有應(yīng)變法的對比

5.1.3 固有應(yīng)變法的解析計(jì)算

對于形狀簡單的焊接構(gòu)件，如果知道其焊接固有應(yīng)變值，則可應(yīng)用解析法對焊接應(yīng)力與變形進(jìn)行計(jì)算。嚴(yán)格來講，焊接固有應(yīng)變與其他應(yīng)變張量一樣，在普通三維問題中應(yīng)包括9個(gè)分量，根據(jù)剪應(yīng)力互等原則，可表示為6個(gè)獨(dú)立分量：

式中，ε-3個(gè)坐標(biāo)軸正應(yīng)變-3個(gè)獨(dú)立剪應(yīng)變

在實(shí)際應(yīng)用過程中，常做一些簡化。例如，取焊縫方向?yàn)?/span>x方向，垂直焊縫方向并處于焊接平面方向?yàn)閥方向，板厚方向?yàn)閦方向，則對于板焊接，引起焊接應(yīng)力與變形的主要固有應(yīng)變分量為縱向固有應(yīng)變:和向固有應(yīng)變，而將其余分量做忽略處理。這樣，可根據(jù)本構(gòu)方程很容易地解出焊接固有應(yīng)力(即殘余應(yīng)力)為

5.1.4 固有應(yīng)變法的有限元計(jì)算

對于簡單梁或平板結(jié)構(gòu)的焊接應(yīng)力與變形分析，尚可應(yīng)用固有應(yīng)變法的解析法進(jìn)行計(jì)算。然而，對于較復(fù)雜的焊接結(jié)構(gòu)，解析法將變得非常困難，甚至不可解。將固有應(yīng)變法與有限元數(shù)值計(jì)算相結(jié)合，不但能夠處理大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)，還可以快速、直觀地對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行顯示與評估。因具備優(yōu)越性與靈活性，固有應(yīng)變的有限元法在計(jì)算大型復(fù)雜構(gòu)件的焊接應(yīng)力與變形領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展，并具有廣闊的應(yīng)用前景。

其計(jì)算思路是，在得到各方向上的焊接固有應(yīng)變值后，將其作為單元的應(yīng)變值加入焊縫及近縫區(qū)指定區(qū)域單元中，經(jīng)過一次彈性有限元計(jì)算，快速得到整體構(gòu)件的殘余應(yīng)力與焊后變形。抑或是根據(jù)固有應(yīng)變值，通過式(5-11)~式(5-14)

計(jì)算得到焊接固有力和彎矩，并將其施加于指定固有應(yīng)變區(qū)域單元，也是通過次彈性計(jì)算，得到整體結(jié)構(gòu)的應(yīng)力與變形分布。后一種方法為固有應(yīng)變法的一個(gè)變種，又稱為焊接固有力法。

可見，固有應(yīng)變有限元法與第4章講到的熱彈塑性有限元法相比，避免了大范圍的非線性計(jì)算，計(jì)算時(shí)僅需要室溫下的材料彈性屬性，從而大幅度提高了焊接模擬的計(jì)算速度。

（內(nèi)容、圖片來源：《焊接過程數(shù)值模擬》一書，侵刪）

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