船用钢板焊接应力变形的数值模拟与研究

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EH36属于低温高强度结构钢,它具有强度高、低温韧性好、耐腐蚀和抗疲劳等优良特性,在大型船舶和海工平台等焊接结构件上应用广泛。由于焊接是个不均匀的加热和冷却过程,焊接接头中的残余应力和残余变形可能会导致船体结构在使用过程中,发生疲劳断裂、应力腐蚀破坏、脆性断裂等。因此,研究EH36船用钢的焊接过程,对于提高焊接结构的整体质量和可靠性有着重要的理论意义和工程价值。  本文利用大型有限元分析软件ABAQUS对EH36钢平板对接焊过程、焊后残余应力与变形进行了分析和研究,研究的主要内容如下:  (1)建立了EH36平板对接焊几何模型,解决了焊接模拟的关键问题,采用过渡网格划分来解决计算精度和计算速度之间的矛盾,利用软件的“生死”单元技术模拟焊缝填充的动态过程,考虑到材料物理性能参数随温度的非线性变化,最终计算得出焊接温度场的分布,通过热电偶测温法验证了所建模型的有效性和实用性。  (2)采用间接耦合法将温度场计算结果作为载荷导入到应力应变场模型中,获得焊后残余应力应变场,系统研究了不同外拘束条件下焊件残余应力和残余变形的发展规律,所得结果对准确模拟实际工况下的焊接过程和预测焊接残余应力应变有一定的参考价值。  (3)最后对长方形焊接试样进行了性能测试,测量焊后焊缝附近的宏观硬度、残余应力。发现焊缝区的硬度要高于母材和热影响区,焊缝中心处的残余应力为拉应力,距离焊缝中心越远,拉应力越小。观察打磨抛光后的焊后焊缝附近区域金相组织可以看出,焊缝中心处的晶粒组织较母材和热影响区的晶粒组织要细,试验结果近一步验证了模拟结果的正确性和所建模型的合理性。
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