中厚板CO2多层多道焊焊接残余应力数值模拟研究

"中厚板CO2多层多道焊对接接头焊接残余应力及其分布 (2007年)" 是一篇关于焊接工程领域的专业论文，由张敏、周小华、李继红和王莹四位作者在西安理工大学材料科学与工程学院完成。该论文主要探讨了在中厚板中使用二氧化碳(CO2)气体保护焊进行多层多道焊接时，接头处产生的焊接残余应力的分布和大小。通过数值分析的方法，特别是有限元分析，对焊接过程中的应力场进行了模拟计算。 焊接残余应力是焊接过程中由于局部加热和冷却不均匀导致的一种内部应力状态，它不仅影响焊接结构的尺寸稳定性，还可能降低结构的疲劳寿命和耐腐蚀性。在中厚板的CO2多层多道焊中，这个问题尤为重要，因为多层多道焊接工艺会增加残余应力的复杂性和强度。 论文首先介绍了焊接残余应力场数值分析的理论基础，这通常涉及到热弹性力学和塑性力学的原理。在焊接过程中，焊缝区域的快速加热和冷却导致材料的热膨胀和收缩，从而产生应力。通过建立合适的计算模型，可以预测和量化这些应力的分布。 接着，作者采用了有限元方法，这是一种广泛应用的数值模拟技术，能够精确地模拟复杂几何形状和非线性材料行为。在焊接接头的有限元模型中，考虑了焊接过程的温度场变化和材料的热物理性质，通过求解相关方程来得到残余应力的分布情况。 论文提供的算例结果表明，通过这种方法模拟出的残余应力分布与实际的实验测试结果有很好的一致性。这证明了采用有限元数值模拟方法来研究焊接残余应力是准确和有效的，对于理解和控制焊接过程中的应力问题提供了理论支持。 关键词“残余应力”、“有限元”、“数值模拟”和“生死单元”揭示了论文的主要研究内容和技术手段。生死单元是一种有限元方法中的技巧，用于处理焊接过程中材料温度变化导致的相变问题，例如从固态到液态再到固态的过程。通过生死单元，可以更精确地模拟温度依赖性的材料行为。 这篇论文深入研究了中厚板CO2多层多道焊对接接头的焊接残余应力问题，采用先进的数值模拟技术提供了理论依据和计算方法，对于优化焊接工艺、减少残余应力影响具有重要的实践指导意义。