建筑工程钢结构焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析文档
内容介绍
建筑工程钢结构焊接过程模拟与焊接变形、焊接Ansys应力有限元分析（详细图解分析）内容简介
【钢结构焊接变形原因】：
焊接时加热和冷却循环总会导致一定程度的变形。
在钢结构焊接中焊接工艺会使构件温度场产生不均匀变化从而在构件中产生复杂的残余应力分布。残余应力是一种自相平衡的力系当构件承受荷载时如受拉、受压等荷载引起的应力将与截面残余应力相叠加从而使构件某些部位提前达到屈服强度并发生塑性变形故会严重降低构件的刚度和稳定性以及结构疲劳强度。
对构件进行焊接在焊件上产生局部高温的不均匀温度场高温区的钢材会发生较大程度的膨胀伸长但受到相邻钢材的约束从而在焊件内引起较高的温度应力并在焊接过程中随时间和温度而不断变化称其为焊接应力。焊接应力较高的部位甚至将达到钢材的屈服强度而发生塑性变形因而钢材冷却后将有残存于焊件内的应力称为焊接残余应力。并且在冷却过程中钢材由于不能自由收缩而受到拉伸于是焊件中出现了一个与焊件加热方向大致相反的内应力场。
【Ansys有限元焊接分析】：
ANSYS有2种方式来考虑热分析与力学分析之间的耦合,即直接耦合和间接耦合。
间接耦合法的处理思路为先进行温度场的模拟,然后将求出的结点温度作为体载荷施加在结构中,计算焊接残余应力与变形。即：
(1)使用热分析的手段进行热分析根据需要可采用瞬态分析与稳态分析模型此处为瞬态分析。
(2)重新进入前处理中,将热分析单元转换为相应的结构分析单元设置结构分析中材料属性,如弹性模量、泊松比、热膨胀系数等。
(3)读入热分析的结点温度作为结构分析的荷载,设置参考温度,结构分析求解残余应力。
而直接耦合法为采用Ansys提供的可以进行复合域（热-力学分析）分析的单元类型同时进行热分析与力学分析从而获得焊接后的变形与残余应力。
【计算参数】：
钢材应力应变关系采用双线性随动强化非线性关系
1）折点位置为屈服应力常温下取为345×E6 N/m2；
2）曲线斜率为弹性模量E常温下取为2.06×E11 N/m2；
3）达到屈服点后的弹性模量取值较小以模拟钢材的塑性屈服。
钢材弹性模量采用随温度变化的非线性关系
未考虑以下参数随温度的变化而将其取为常数：
热膨胀系数取为1.4×10-5 m/m×K
热容量取为520 J/(kg·K))
热传导系数取为49.8 W/(m·k))
泊松比为0.3
密度为7850N/m3
为方便起见焊药的热力学性质和力学性能取与钢材相同。
【图表分析包含内容】：
厚板对接焊的变形与残余应力分析
全熔透T形接头焊的变形与残余应力分析
箱型截面构件的焊接变形与残余应力分析
K型节点的焊接变形与残余应力分析
【焊接过程示意图包括】：
厚板对接焊缝焊接过程模拟示意图
全融透T形接头焊接过程模拟示意图