5.6.1 問題描述

船用 D32鋼板(200mmx200mmx21mm），采用 SH507p4mm 焊條沿正面中心線進(jìn)行手工表面堆焊。采用固有應(yīng)變法對焊后變形進(jìn)行計(jì)算。材料參數(shù):彈性模量210000MPa，屈服極限320MPa。焊接參數(shù):焊接電流170A，電壓 25V，焊接速度6.25px/s，電弧熱效率0.7。

5.6.2 問題分析

固有應(yīng)變法的有限元計(jì)算實(shí)質(zhì)是將計(jì)算得到的焊接固有應(yīng)變值施加于焊縫及其鄰近單元，即固有應(yīng)變區(qū)域單元中，然后進(jìn)行一次彈性計(jì)算得到殘余應(yīng)力及焊后構(gòu)件的變形。

在 Abaqus 等有限元軟件中,由于固有應(yīng)變值不能作為載荷直接施加到焊縫及其附近的單元，一般采用初始應(yīng)變法或降溫法間接實(shí)現(xiàn)。初始應(yīng)變法是指將焊接固有應(yīng)變值作為計(jì)算的一個初始狀態(tài)賦予接頭相應(yīng)區(qū)域中，并且在隨后的計(jì)算中產(chǎn)生相應(yīng)收縮，達(dá)到產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形的目的。此方法略顯煩瑣，尤其是在焊縫比較多的情況下。降溫法的思路是利用軟件提供的設(shè)置材料各向異性熱膨脹系數(shù)的功能，使相應(yīng)單元在一個虛擬的降溫過程中在縱向和橫向產(chǎn)生相應(yīng)的收縮效應(yīng)，進(jìn)而間接產(chǎn)生焊接應(yīng)力與變形。

下面通過降溫法來實(shí)現(xiàn)問題的求解。

首先，根據(jù)給定的焊接參數(shù)，利用固有應(yīng)變公式計(jì)算板材焊接的橫向固有應(yīng)變、縱向固有應(yīng)變及焊透深度，然后將固有應(yīng)變設(shè)為相應(yīng)方向的熱膨脹系數(shù)，最后施加負(fù)的單位溫度載荷，來施加固有應(yīng)變。

可見，如果設(shè)△T=-1，則在此給定的單位溫度載荷下，產(chǎn)生的應(yīng)變即為相應(yīng)的熱膨脹系數(shù)數(shù)值。

提示：

1）焊縫的縱向應(yīng)變和橫向應(yīng)變對應(yīng)的熱膨脹系數(shù)應(yīng)根據(jù)焊接方向做相應(yīng)設(shè)置。

2）不存在固有應(yīng)變的其他方向和其他單元的熱膨脹系數(shù)應(yīng)取零

根據(jù)固有應(yīng)變理論，焊接橫向固有應(yīng)變和縱向固有應(yīng)變的計(jì)算流程如圖 5-11所示。

圖5-11 固有應(yīng)變的計(jì)算流程圖

（內(nèi)容、圖片來源：《焊接過程數(shù)值模擬》一書，侵刪）

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