焊接變形和殘余應(yīng)力預(yù)測方法的比較

汽車制造過程中，常借助不同的焊接技術(shù)實現(xiàn)金屬材料之間的連接。無論采用什么焊接方法，在焊接點附近都會出現(xiàn)不可逆的彈性和塑性應(yīng)變，使焊接點附近產(chǎn)生殘余應(yīng)力。這種伴隨焊接過程產(chǎn)生的焊接變形和殘余應(yīng)力直接影響焊接點的性能，如對其進(jìn)行精確的預(yù)測，則能夠?qū)崿F(xiàn)焊接點性能的改善，保證焊接結(jié)構(gòu)的完整性。

有限元分析方法和計算機技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)了利用有限元軟件對焊接變形和殘余應(yīng)力進(jìn)行預(yù)測。商業(yè)化有限元軟件ANSYS中常用的預(yù)測方法為移動熱流法和單元生死法。移動熱流法通過構(gòu)建焊接熱源模型表示焊接過程中產(chǎn)生的局部集中熱輸入，忽略焊接點產(chǎn)生的熱對流和熱輻射，只考慮熱傳導(dǎo)造成的焊接點熱影響區(qū)的應(yīng)變，從而預(yù)測焊接變形和殘余應(yīng)力。單元生死法是在有限元分析時，針對焊接過程的不同階段，“殺死”（將單元屬性設(shè)置為零）一部分單元，不參與模型的求解，并根據(jù)需要“復(fù)活”一部分單元，實現(xiàn)焊接過程的真實模擬。建立一個圓柱形底部焊接模型對這兩種預(yù)測方法進(jìn)行對比。首先建立圓柱形底部焊接的有限元模型，之后設(shè)定材料屬性、約束條件和加載條件，最后對建立的有限元模型進(jìn)行求解。結(jié)果顯示，與移動熱流法相比，單元生死法對焊接變形的預(yù)測結(jié)果高8%、殘余應(yīng)力的預(yù)測結(jié)果高11%，更接近真實的焊接結(jié)果，但其有限元分析時間比移動熱流法高32%。

Venkata Suresh Yaparala et al.SAE 2016-01-1352.

編譯：李臣