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    焊縫殘余應力的有限元分析

    發布于:2023-10-24 18:22
    有限元分析

          在焊接過程中,有限元法主要被用于焊縫殘余應力的分析。張文等利用有限元分析法,開發順次耦合焊接殘余應力有限元程序,對304不銹鋼復合板焊接過程進行了建模分析,獲得了304不銹鋼復合板焊接殘余應力的分布規律,討論了線能量、焊層數、焊接寬度以及長度等工藝參數對焊接殘余應力的影響。蔣文春等利用有限元法研究了焊縫層數對殘余應力的影響。文獻對壓焊中的殘余應力進行了分析。W.C.Jiang分析了復材和基材厚度以及焊補寬度對殘余應力的影響,并研究了不銹鋼復合板補焊熱輸入和焊接層數對殘余應力和變形行為的影響,為不銹鋼復合板補焊的工藝最優化提供了參考。LabeasGeorge利用有限元方法分析了焊接殘余應力下貫穿裂紋的開裂行為。W.C.Jiang發現焊接殘余應力會增強含氫環境中服役材料的氫擴散。A.Mirzaee-Sisan等研究了補焊后的熱處理對殘余應力的影響。E.J.Mcdonald等通過有限元分析提出了焊接殘余應力的控制策略。
          特定服役條件下應用的構件需要進行特殊的力學性能測試方法和失效分析,如核燃料棒的復層管徑和壁厚尺寸均較小,難以在管壁上加工出標準試樣,因而需要對該復層材料的性能測試采用特殊的測試方法或通過有限元模擬材料真實的服役環境進行評價分析。通過有限元軟件或方法對金屬層狀復合材料的失效分析研究的不多,J.Desquines總結了復層在多軸應力狀態下失效行為的力學性能評價方法,并指出開發出能夠確定復層在變形和斷裂行為的試驗方法的重要性。D.R.Lesuer等利用有限元分析了6090-SiC(25p)/5182層狀材料的裂紋擴展行為,并解釋了裂紋在層狀材料中傳播的鈍化機理。
          有限元法在金屬層狀復合材料設計、復合行為、工藝性能及力學性能評價方面得到了廣泛的應用,它可以方便地處理材料的硬化效應、速度敏感性以及溫度等多種工藝因素對制備過程的影響,獲得任意時刻的力學信息和金屬流動信息,如應力場、速度場、溫度場以及預測組織轉變等,這對層狀復合材料的前期設計、工藝制度的優化及后續工藝性能的評價與預測非常重要。有限元技術在金屬層狀復合材料中的應用及未來發展趨勢主要體現在以下幾方面。
          1)設備校核。進行復合設備的校核及優化設計。
          2)尺寸設計。通過研究軋制復合時的組坯設計并結合其他工藝條件,研究厚度比、總厚度、寬厚比等尺寸因素及組坯形式(對稱組坯及非對稱組坯)對金屬流動及界面復合的影響。
          3)工藝優化。通過研究不同工藝參數(如軋制時的輥型、尺寸、摩擦條件、張力、軋制規程、異步軋制時的輥速比、輥徑比、熱處理等參數)對結合行為、力學性能及工藝性能的影響,確立工藝參數的最佳范圍,并通過實驗驗證來優化相關工藝。
          4)機理研究。通過有限元結合界面處的特殊處理,進一步了解界面結合行為及界面殘余應力的產生機理,結合實驗確定不同材料在軋制復合時的臨界壓下量。
          5)三維模擬。二維模擬向三維模擬發展,并開展尺寸、材料和工藝敏感性的研究,為尺寸精度及板型控制提供理論基礎。
          6)多場耦合。如通過熱力耦合模擬預測復合材料的應力場、溫度場及組織場,為組織性能的預測提供理論基礎。
          由于有限元的應用越來越深入,人們關注的問題越來越復雜,多場耦合及組織性能的預測必定成為有限元技術的主要發展方向。


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