残余应力数值模拟中的难题
焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟
焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟焊接是一种常见的金属连接方法，广泛应用于各个行业。
然而，在焊接过程中，产生的焊接变形和残余应力往往会对工件的性能和质量造成一定影响。
因此，在焊接技术培训中，对焊接变形和残余应力进行数值模拟分析具有重要意义。
本文将探讨焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟方法，并分析其应用前景。
一、焊接变形数值模拟焊接变形是指在焊接过程中，由于热引起的热应力和相变引起的力学应力而引起的构件变形现象。
为了准确预测焊接变形的情况，可以采用有限元数值模拟方法。
有限元数值模拟方法是一种将实际工程问题离散化为有限个简化的小单元进行计算的方法。
在焊接变形数值模拟中，首先需要建立焊接过程的热力耦合模型。
通过考虑焊接热源的热输入、热传导以及材料的相变特性等因素，可以准确地模拟焊接过程中的温度场变化。
然后，根据热力耦合模型，引入材料的本构关系和相变模型，可以计算得到焊接过程中的变形情况。
在数值模拟中，可以通过调整热源功率、焊缝几何形状以及材料的初始状态等参数，来对焊接变形进行优化。
此外，在数值模拟中还可以分析焊接变形对工件性能的影响，以指导焊接技术的改进和优化。
二、残余应力数值模拟焊接过程中产生的残余应力是指焊接完成后，由于焊缝区域的热胀冷缩差异而引起的应力。
残余应力的存在会降低工件的疲劳寿命和强度，甚至引发裂纹等问题。
因此，对焊接过程中的残余应力进行数值模拟分析是十分重要的。
在焊接残余应力数值模拟中，一般采用后处理方法来分析残余应力的分布和变化。
通过将焊接过程中的温度场和应力场输入到数值模拟软件中，可以得到焊接残余应力的分布情况。
同时，可以通过调整焊接参数和材料性质等因素，来研究焊接残余应力的变化规律。
在实际工程应用中，焊接残余应力数值模拟可以用于评估焊接工艺的可行性，为焊接工艺参数的选择提供依据。
此外，还可以通过优化焊接过程来减小残余应力的产生，提高工件的使用寿命和安全性。
三、数值模拟应用前景焊接技术培训中焊接变形与残余应力的数值模拟方法，在实际应用中具有广阔的前景。
关于焊接残余应力与应变问题的分析与探讨
第十二次全国焊接学术会议论文集2008年第4期关于焊接残余应力与应变问题的分析与探讨哈尔滨工业大学(150001) 杨建国 张学秋 刘雪松 方洪渊摘要 传统的观点认为在焊缝及近缝区存在着残余压缩塑性应变,而近几年有学者提出焊缝不存在残余压缩塑性应变,只存在拉伸应力和应变,在焊后焊缝当中不可能存在残余压缩塑性变形,从而对消除残余应力的方法进行了重新论述,为了分析关于焊缝和近缝区纵向残余应力及纵向塑性应变的分布,采用数值模拟的方法对熔焊接头的应力和应变进行了分析和计算,结果表明,焊缝及近缝区存在着纵向残余压缩塑性应变,验证了传统观点的正确性,并就计算结果对有关残余应力与应变的因果关系及相关问题进行了分析和讨论。
关键词: 残余应力 应变 数值模拟 温度中图分类号: TG4440 前 言1965年,前苏联尼古拉也夫 # 院士分析了焊接应力应变的发展过程,认为在钢板中心区为压应力和压应变区,而板的两侧为拉应力和拉应变区。
在大约200e 以上的区域产生压缩塑性变形,在600e 以上的区域,压缩塑性变形为A #T ,式中:A 为线膨胀系数,T 为温度[1]。
此外,前苏联的H.O.奥凯尔勃洛姆和C .A 库兹米诺夫也认为焊接加热过程中焊缝和近缝区的金属热膨胀应变受到周围较冷金属的拘束,从而产生压缩塑性应变。
焊接冷却过程中该压缩塑性应变被拉伸抵消一部分,但焊后仍残留部分压缩塑性应变,称为残余压缩塑性应变[2,3]。
并用来分析和预测焊接残余应力和变形。
从而可以看出传统的观点,无论是尼古拉也夫 . 院士还是H.O.奥凯尔勃洛姆和C .A 库兹米诺夫,都认为焊缝存在压缩塑性变形。
近几年,沈阳金属研究所的王者昌研究员提出了一种新的观点,认为/对于焊缝金属来说,并不存在加热阶段。
在冷却过程中除相变外,都受到拉伸,也就是说不存在压缩,更不会出现压缩塑性变形。
0究竟哪种观点正确,文中采用有限元的方法进行了分析和讨论。
1 对接焊缝的数值模拟过去在研究焊接应力与应变方面大多采用解析法,但是由于该方法是基于平截面假设的前提下,并简化了诸多条件和因素,掩盖了许多现象,伴随着计算机收稿日期:2008-01-19基金项目:黑龙江省博士后科学基金资助项目技术在焊接研究中的广泛应用,以数值模拟的方法来分析焊接应力应变及预测焊接变形已经成为一种重要手段,虽然焊接数值模拟技术是从解析法发展起来的,但它可以定量地分析焊接行为的整个动态变化,能够近于准确地演示热弹塑性应力和应变非线性变化的复杂变化过程。
q235厚板焊接残余应力数值模拟本科毕设论文
q235厚板焊接残余应力数值模拟本科毕设论文毕业设计（论文）题目Q235厚板焊接残余应力数值模拟学生姓名刘武超学号2008106107专业材料成型及控制工程班级20081061 指导教师评阅教师完成日期2012 年 5 月15 日学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。
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本学位论文属于1、保密□，在_________年解密后适用本授权书。
2、不保密□。
（请在以上相应方框内打“√”）作者签名：年月日导师签名：年月日目录摘要 (4)前言 (5)1绪论 (6)1.1课题来源和意义 (6)1.2国内外研究现状 (7)1.3研究的主要内容 (5)2模拟分析过程 (7)2.1有限元分析软件ANSYS简介 (7)2.2有限元模型的建立 (7)2.3加载计算 (11)3模拟结果及分析 (15)3.1温度场模拟 (15)3.2应力场的模拟 (17)4全文总结与展望 (22)4.1全文总结 (22)4.2未来的展望 (22)致谢 (24)参考文献 (25)附录 (27)Q235厚板焊接残余应力数值模拟学生：刘武超指导教师：余海洲（三峡大学机械与材料学院）摘要：本文首先综述了目前国内外对焊接残余应力研究进展，在此基础上提出了本文的研究目的和意义。
运用有限元软件ANSYS的APDL语言编写模拟焊接瞬态过程程序进行热-结构耦合分析，对Q235钢、钢两种材料之间的对接接头的温度场和应力场进行数值模拟分析，得到温度和残余应力在接头的连续分布规律：在接近焊缝较窄的一个区域内产生拉应力，在其相邻区域产生压应力。
激光熔覆残余应力场的数值模拟
激光熔覆残余应力场的数值模拟随着工业技术的发展，激光熔覆成为一种重要的表面处理技术。
在激光熔覆过程中，由于材料迅速升温和迅速冷却，会导致残余应力的产生。
残余应力对材料的性能和稳定性有重要影响，因此研究和预测激光熔覆残余应力场的分布是至关重要的。
为了准确地模拟激光熔覆残余应力场，研究人员采用了数值模拟的方法。
数值模拟是一种基于计算机模型的方法，通过建立相应的数学模型和物理模型，运用数值计算的方法来分析和预测研究对象的行为和性能。
在激光熔覆残余应力场的数值模拟中，首先需要确定研究对象的材料性质、几何形状、熔覆参数等。
然后，利用有限元法进行数值计算。
有限元法是一种常用的数值计算方法，通过将整个计算区域划分为许多小的单元，然后利用力、应变、位移等物理量在单元内部的近似关系和全局连续性，得到整个计算区域的应力场分布。
这样就可以得到激光熔覆残余应力场的数值模拟结果。
激光熔覆残余应力场的数值模拟是一个复杂的过程。
首先，需要对激光熔覆过程进行数值建模。
通过建立热传导模型，考虑激光辐射传热、材料熔化和凝固等过程，可以得到熔覆区域的温度场分布。
然后，利用热应力理论，结合材料的热力学性质和力学性质，得到熔覆区域的应力场分布。
最后，考虑材料的变形和应力释放，可以得到残余应力场的分布。
激光熔覆残余应力场的数值模拟可以帮助研究人员深入了解熔覆过程中的温度场和应力场变化规律。
通过对不同工艺参数、材料性质等因素的数值分析，可以指导实际工艺的优化和改进。
此外，数值模拟还可以用于预测材料在使用过程中的残余应力和变形情况，为材料的设计和使用提供参考。
然而，激光熔覆残余应力场的数值模拟也存在一些挑战和限制。
首先，激光熔覆过程涉及到多个物理现象的耦合，涉及的物理量多且复杂，对模型的准确性和计算的稳定性提出了要求。
其次，材料的性质和参数往往存在不确定性，如热传导系数、热膨胀系数等。
这些不确定性会影响数值模拟结果的准确性和可靠性。
另外，数值模拟结果还受到模型假设和边界条件的影响，模型的选择和参数的设定也对结果有一定的影响。
基于数值模拟的热处理过程中残余应力分布的研究
基于数值模拟的热处理过程中残余应力分布的研究热处理是一种重要的金属加工方法，对于提高材料的力学性能和耐久性起到至关重要的作用。
然而，在进行热处理时，材料内部会产生残余应力。
这些残余应力会对材料的性能产生负面影响，甚至导致材料的破裂和断裂。
因此，研究热处理过程中残余应力的分布对于优化热处理工艺、改善材料性能具有重要意义。
数值模拟是研究热处理过程中残余应力分布的一种有效方法。
通过建立数值模型，可以对热处理过程中的各种因素进行定量分析，预测残余应力的分布情况。
下面将介绍数值模拟在研究热处理过程中残余应力分布方面的应用。
首先，数值模拟可以模拟热处理过程中的温度场分布。
热处理过程中的温度分布是残余应力分布的基础。
通过数值模拟，我们可以输入热处理工艺参数和材料特性等，对热处理过程中材料的温度变化进行模拟。
这样，我们就能够了解热处理过程中不同部位的温度变化，进而预测残余应力的分布情况。
其次，数值模拟可以模拟热处理过程中的相变行为。
在热处理过程中，材料可能经历相变，如固态相变、液态相变等。
这些相变行为会引起材料内部的组织结构的变化，从而产生残余应力。
通过数值模拟，我们可以建立相应的相变模型，模拟相变行为对残余应力的影响，进而分析残余应力的分布情况。
此外，数值模拟还可以模拟热处理过程中的应力分布。
热处理过程中的应力分布是残余应力分布的关键。
通过数值模拟，我们可以考虑热处理过程中的各种应力因素，如热应力、塑性应力等，对应力分布进行模拟。
这样，我们就能够了解热处理过程中各个部位的应力变化，从而预测残余应力的分布情况。
最后，数值模拟可以对热处理工艺进行优化。
通过数值模拟，我们可以模拟不同的热处理工艺参数，比如温度、时间等，以寻找最佳的热处理工艺。
通过对比不同参数下的残余应力分布，我们可以找到最优的热处理工艺参数，以减小残余应力的分布范围和大小，从而改善材料的性能。
综上所述，基于数值模拟的研究热处理过程中残余应力分布能够提供重要的参考和指导。
基于数值模拟的热处理过程中残余应力分析研究
基于数值模拟的热处理过程中残余应力分析研究热处理是一种通过加热和冷却材料来改变其性质和性能的方法。
在热处理过程中，材料会经历相变和热应力等变化，从而引起残余应力的形成。
残余应力对材料的力学性能、结构稳定性和寿命等方面都有重要影响。
因此，基于数值模拟的热处理过程中残余应力分析研究对于优化热处理工艺、提高材料性能具有重要意义。
首先，数值模拟是一种常用的研究方法，可以对复杂的物理过程进行模拟和分析。
在热处理过程中，材料会受到热传导、相变和机械应力等多种因素的影响，而数值模拟可以对这些因素进行综合考虑，模拟出热处理过程中材料的温度和应力分布等重要参数。
其次，残余应力的形成与材料的热膨胀系数、热传导系数以及相变行为等因素密切相关。
在数值模拟中，可以通过设定合适的物理参数和材料参数来模拟不同材料在热处理过程中的行为，进而得到残余应力的分布情况。
例如，在钢材热处理中，可以通过数值模拟分析不同冷却速率下的残余应力分布情况，从而确定最佳的冷却工艺。
此外，在数值模拟中还可以考虑机械应力对材料的影响。
在热处理过程中，材料由于相变和热膨胀等原因，容易产生塑性变形和应力集中的情况。
这些应力集中会导致裂纹和变形等缺陷的形成，进而影响材料的性能。
通过数值模拟，可以模拟出不同工艺参数下的应力分布情况，并进一步分析应力集中的位置和大小，从而有针对性地设计热处理工艺，减少产生应力集中的可能性。
除了以上因素，数值模拟还可以应用于热处理过程中的温度控制、材料变形和组织改变等研究。
通过数值模拟，可以模拟不同冷却速率下材料的温度分布，评估工艺参数对温度控制的影响，从而确定最佳的温度控制策略。
同时，数值模拟还可以分析材料在热处理过程中的变形情况，预测材料的变形行为，并评估材料的机械性能。
此外，数值模拟还可以模拟组织相变和晶粒生长等过程，预测材料的组织结构和性能。
综上所述，基于数值模拟的热处理过程中残余应力分析研究是优化热处理工艺和提高材料性能的重要手段。
焊接残余应力数值模拟研究现状王永康
焊接残余应力数值模拟研究现状王永康发布时间：2023-06-18T02:58:22.258Z 来源：《建筑实践》2023年7期作者：王永康[导读] 重要结构在焊接过程中不可避免产生的残余应力对结构的强度和服役安全性有重要影响，随着计算机技术的迅速发展，数值模拟技术对焊接结构残余应力的预测与控制具有广阔的应用前景。
文中论述了数值模拟技术在焊件中的研究与计算难点，综述了近期国内外焊接残余应力数值模拟方法在焊接结构中的应用于研究现状，展望了该类技术在未来焊接技术的发展趋势。
重庆交通大学土木工程学院重庆 400041摘要：重要结构在焊接过程中不可避免产生的残余应力对结构的强度和服役安全性有重要影响，随着计算机技术的迅速发展，数值模拟技术对焊接结构残余应力的预测与控制具有广阔的应用前景。
文中论述了数值模拟技术在焊件中的研究与计算难点，综述了近期国内外焊接残余应力数值模拟方法在焊接结构中的应用于研究现状，展望了该类技术在未来焊接技术的发展趋势。
关键词：焊接；残余应力；数值模拟0 前言随着技术的发展，大型机械结构运用愈发广泛，带动焊接结构向大型化、精密化和高参数方向发展，焊接残余应力是降低焊接构件性能及可靠性的重要因素之一，因此如何利用现代新兴技术控制焊接残余应力已成为核心的问题。
目前，我国焊接结构焊接残余应力的传统测量方式主要包括破坏性和非破坏性测量应力试验，但只能测量焊接结构件表面及其附近的残余应力。
因此，随着计算机技术的发展，采用数值模拟分析技术对核电结构焊接残余应力进行模拟计算，全面了解影响残余应力的各种因素及其影响规律，对未来高质量的焊接结构的发展具有十分重要的现实意义[2~3]。
1 残余应力数值模拟技术残余应力数值模拟在计算力学上属于典型的热力耦合问题，即热力学和力学相互迭代非线性有限元计算。
焊接残余应力和变形的根本原因是焊接过程中由于局部的热输入而导致不均匀的温度场，因此数值模拟首先需要对焊接温度场进行准确的计算，包括焊接工艺、边界条件、材料特性等多因素考虑，以此保证焊接过程热弹塑性动态分析的准确[4]。
爆炸消除焊接残余应力的数值模拟
爆炸消除焊接残余应力的数值模拟爆炸消除焊接残余应力的数值模拟焊接残余应力是一个常见的问题。
在焊接过程中，高温物质的热膨胀和收缩会导致材料的形状发生变化，进而产生残余应力，这将会影响机械性能和耐用性。
而解决残余应力的方法之一就是爆炸消除技术。
本文将介绍通过数值模拟爆炸消除焊接残余应力的方法。
首先，我们需要建立一个三维的有限元模型。
这个模型应该和我们想要焊接的实际工件尽可能接近。
我们可以使用数值计算软件或者有限元分析软件来构建这个模型。
在建模的过程中，我们需要考虑焊接热源、导热、冷却和热膨胀等因素。
然后，我们需要确定爆炸消除技术的参数。
爆炸消除包括激波、爆炸和喷射等过程。
我们需要考虑爆炸药的种类、粒度和密度、爆炸药与工件之间的距离、爆炸的时间、爆炸的方向和强度等因素。
这些参数的确定需要基于实验和经验，并结合实际情况进行调整。
接下来，我们需要进行数值模拟。
我们将爆炸消除过程和焊接过程连接在一起进行模拟，同时考虑材料的耐热性，热膨胀系数以及变形发生的顺序等因素。
在数值模拟的过程中，我们需要对边界条件进行适当的设定，如限制边界和速度边界。
同时，我们还需要考虑计算时间和内存的限制，保证计算的收敛性和稳定性。
最后，我们需要对模型进行结果分析和数据处理。
我们可以通过结果图表来直观地展现残余应力的分布和变化情况，并进行相关数据的分析和处理。
我们还可以通过比较实验结果和数值模拟结果来验证模型的准确度和可靠性。
总之，数值模拟是一种有效的解决焊接残余应力问题的方法。
通过建立合适的模型，确定正确的参数和进行精确的计算和分析，我们可以更好地掌握焊接残余应力的变化规律，并采取有效的措施来解决这个问题。
对于焊接残余应力的数值模拟分析，我们需要进行相关数据分析，以确定残余应力分布的规律和变化趋势。
首先，我们需要收集和分析关于焊接材料的相关数据，如热膨胀系数、热导率、比热容、密度、杨氏模量和泊松比等。
这些参数对于确定焊接过程中热膨胀和冷却的效应非常重要，尤其是在数值模拟中。
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残余应力数值模拟中的难题
经常在各种科技期刊和残余应力学术会议上，看到国内残余应力研究者发表的论文，其中，残余应力数值模拟结果和测量结果高度一致。
笔者作为国内力学测量领域内有着30多年应力测试经验的专业人士，对此有不同的看法，因此特指出残余应力数值模拟中的难题。
残余应力之所以产生，从力学角度讲，是由于材料加载（包括外力和温度等因素）产生了塑性变形，卸载后，由于材料进入塑性区而恢复不了原始状态，必然留下残余的变形，这部分变形就产生了残余应力。
所以机械零部件和构件在制造时，各种加工工艺，比如，焊接、锻压、铸造和各种热处理工艺等，都会使材料进入塑性变形区，从而产生残余应力。
在实际生产中，上述加工工艺都会产生足以引起材料相变的高温。
因此，残余应力数值模拟在计算力学上是一个典型的热力耦合问题，即热力学和力学的相互迭代非线性有限元计算。
这就引出了几个不容易模拟的难题。
1、热力学边界条件的热交换问题
在各种加工工艺中，比如，焊接、锻压、铸造，特别是各种热处理工艺，如何保证数值模拟时材料与周围介质热交换更逼近实际是不容易做到的，只能近似。
最典型的是材料淬火的快速冷却，更不容易做到。
2、力学计算涉及的本构关系问题
要计算残余应力就必须知道材料的本构关系，即应力应变关系。
然而，材料的弹性应力应变关系容易确定，但材料在上千度高温时，要精确确定它的热塑性应力应变关系就非常困难，且这种应力应变关系是随温度变化的，要确定不同温度下的热塑性应力应变关系就更难。
3、材料金属学的相变问题
残余应力数值模拟中，热力耦合迭代，材料要经过相变区，材料中每一温度每一部分要引进多少相变变形，是个难题。
4、热力耦合非线性计算数学迭代问题
这是高难度的有限元计算数学问题，国外这个问题研究成果显著，已有静力、动力、流体、热力学综合分析软件MSC.NSATRAN、ANSYS/LS-DYNA、ALGOR、ADINA等，通用材料热处理、成型软件DEFORM-HT，板料成型、钣金成型、冲压成型软件DynaForm、FastForm、AutoForm、PAM-FORM、HyperForm等，铸造模拟软件Procast、Magmasoft等，热处理、焊接和焊接装配软件SYSWELD等。
而国内在这方面几乎没有什么高水平的软件。
上述前3个难题决定了任何一个软件对残余应力的数值模拟只能是定性的而不能定量，因为差之毫厘，失之千里，热力学边界条件、材料本构关系和相变变形与实际情况的不符不可能模拟出精确的残余应力值。
但可以以残余应力测量值为参考，修正这3个难题中的计算参数，直到模拟的残余应力数值接近测量值，以后就利用这些参数来进行某个方面特定的残余应力数值模拟，而不是通用残余应力数值
模拟，因为每个残余应力模拟问题的参数是不同的。
这是残余应力数值模拟结果和测量结果的人工强制一致，而不是国内残余应力研究者发表的论文，不做任何修正，计算的残余应力结果和测量结果就高度一致。
至于第4个难题，由于市场经济的原因，我国目前还没有残余应力数值模拟方面的高水平软件。
而有些年轻的硕士、博士刚入门编了一个热处理或材料加工、成型方面的小程序，就炫耀效果如何如何，无知者无畏，如果那样的话，国外的软件就不会卖几十万甚至几百万了。
作者，赵怀普，西安交通大学力学系毕业，近三十来，长期从事实验应力分析和有限元模拟计算工作，曾创新性地采用实验力学与计算力学相结合的方法，提出了新的三维残余应力测量方法，其论文在国际期刊《Strain》上发表。
在科研成果中，成功地把环芯法残余应力测量方法引进到我国重机行业中，因此获黑龙江省科技进步一等奖。