低合金钢焊接接头仿真分析毕业论文(上)

毕业论文学生姓名：XXX学号：XXXXXXXXX学院：材料科学与工程学院专业：材料成型及控制工程题目：低合金钢焊接接头的仿真分析指导教师：XXX评阅教师：2014年6月河北科技大学毕业论文成绩评定表姓名XXX学号XXXXXXXXX成绩专业材料成型及控制工程题目低合金钢焊接接头的仿真分析指导教师评语及成绩指导教师：年月日评阅教师评语及成绩评阅教师：年月日答辩小组评语及成绩答辩小组组长：年月日答辩委员会意见学院答辩委员会主任：年月日毕业论文中文摘要本课题基于有限元分析软件SYSWELD，结合低合金钢的二氧化碳气体保护焊焊接方法和工艺，对Q345D平板对接焊接接头进行三维数值模拟，得出了不同焊接速度下试件的瞬态温度场分布云图。由温度场云图可以看出整个焊接过程中，随着焊接时间的延长，试件上的最高温度越来越高,最后达到稳定状态。此外从结果中还能得到沿焊缝节点的热循环曲线和垂直焊缝方向的热循环曲线。沿焊缝方向的节点，它们的温度热循环曲线特征相似，说明它们都进入了准稳态温度场。除此之外，这些曲线的加热速率要大于冷却速率。从结果中还可以得到焊缝温度与组织的演变关系，随着温度的变化，其组织也发生变化，而且这些组织的变化成比例关系。本文中焊缝最终获得的组织为贝氏体、马氏体和极少量残余奥氏体,其中贝氏体占绝大部分。在将不同焊接速度下焊缝最后获得的组织进行对比后发现，随着焊接速度的增加，贝氏体含量减少，马氏体和奥氏体的含量有所增加。关键词：SYSWELD；Q345D低合金钢；温度场；热循环曲线；组织成分毕业论文外文摘要TitleSimulationoflowalloysteelweldingjointAbstractThistopicisbasedonthefiniteelementanalysissoftwareSYSWELD,combinedwithcarbondioxideweldingmethodandcraftoflowalloysteelwelding,three-dimensionalnumericalsimulationwascarriedoutontheplatebuttjointofQ345D,thetransienttemperaturefielddistributionnephogramofthetestspecimenunderdifferentweldingspeedisobtained.fromthetemperaturefielddistributionnephogramwecanseeduringthewholeweldingprocess,astheextensionofweldingtime,thetoptemperatureismoreandmorehigh,finallyreachasteadystate.Fromtheresultalsocangetthermalcyclecurvesofnodesalongtheweldandthermalcyclecurvesverticaldirectionoftheweld.Thenodesofalongtheweld,theirtemperaturethermalcyclecurvescharacteristicsaresimilar,theyallenteredthequasisteadystatetemperaturefield.Inaddition,thecurves’heatingrateisgreaterthanthecoolingrate.Fromtheresultswealsocangettheevolutionrelationshipoftemperatureandorganization,ifchangethetemperature,thegroupisalsochanging,andthechangeoforganizationispresenttotheproportionalrelation.Inthisarticle,theweldfinallygetorganizationisbainite,martensiteandasmallamountofresidualaustenite,thebainiteismost.Comparisonthelastweldphaseunderdifferentweldingspeed,wecanfoundwiththeincreaseofweldingspeed,bainitecontentdecreased,thecontentofmartensiteandausteniteincreases.KeywordsSYSWELD;Q345Dlow-alloysteels.Temperaturefield;Thermalcyclecurve;Groupcomposition本科毕业论文第I页共I页目录1绪论....................................................................61.1选题背景..........................................................61.2焊接模拟技术国内外现状及发展......................................61.3焊接温度场的研究历史与发展........................................71.4焊接接头组织的模拟方法和研究现状..................................81.5课题研究的意义....................................................91.6本文的主要研究内容...............................................101.7本文所使用软件SYSWELD软件介绍...................................101.8建立模型使用软件Viual—Mesh简介.................................111.9本章小结.........................................................122低合金钢Q345D焊接接头的模拟过程.......................................122.1平板对接几何模型的建立和网格的划分...............................122.2热源校核.........................................................152.3低合金钢焊接接头模拟前处理设置...................................192.4计算前的检查....................................................202.5后处理..........................................................203低合金钢Q345D焊接接头模拟结果..........................错误!未定义书签。3.1低合金钢Q345D的焊接性分析........................错误!未定义书签。3.2低合金高强钢Q345D的焊接工艺要点..................错误!未定义书签。3.3材料物理性能参数和焊接工艺规范....................错误!未定义书签。3.4焊接温度场和焊缝组织模拟结果分析..................错误!未定义书签。3.5本章小结..........................................错误!未定义书签。结论......................................................错误!未定义书签。致谢......................................................错误!未定义书签。参考文献..................................................错误!未定义书签。本科毕业论文第I页共I页1绪论1.1选题背景焊接是指通过加热或者加压，或者二者并用，并且采用或不采用填充材料，使工件的材质达到原子间结合而形成永久性连接的一种工艺方法。但是焊接时一个涉及到多学科的复杂的物理-化学现象。传统的焊接过程依赖于试验和统计基础上的经验曲线或经验公式。在研究焊接生产技术时，往往采用试验手段作为基本方法，但事实证明单凭积累工艺试验数据来深入了解和控制焊接过程则既不切实际又成本昂贵并且费时费力，尤其是在大型重要焊接结构制造过程中，客观条件不允许我们做很多次试验，这时数值模拟就发挥了它独特的优势。随着计算机技术的发展，通过计算机软件来模拟焊接过程从而了解和控制它已成为解决现代工程学问题必不可少的有力工具[1]。焊接过程中的相变过程直接影响焊缝的组织和成分分布，而焊接接头组织的变化将会导致接头强度和韧性的变化，从而使焊接接头成为整个焊接结构中最薄弱的部位。这将直接影响到焊接构件的承载能力和使用寿命。而焊接过程中温度的剧烈变化是影响焊接接头组织和机械性能的主要原因，因此，对温度场进行模拟研究对获得高质量的焊件有着重要意义。通过模拟焊接接头的组织，可以预测在不同焊接方法和工艺参数下接头的组织形态和力学性能，从而实现寻求最佳焊接工艺来改善焊件性能的目的。因此，焊接过程组织模拟对优化焊接工艺具有重要意义[2]。1.2焊接模拟技术国内外现状及发展1.2.1焊接模拟技术理论来源焊接数值模拟，是以试验为基础，采用一组控制方程来描述一个焊接过程或一个焊接过程的某一个方面，采用分析或数值方法求解以获得该过程的定量认识(如焊接温度场、焊接热循环、焊接HAZ的硬度、焊接区的强度、断裂韧性等)。焊接数值模拟的关键是确定被研究对象的物理模型及其控制方程(本构关系）。常用的焊接数值模拟方法有：解析法，即数值积分法、差分法、有限元法和蒙特卡洛法[3]。焊接数值模拟的现实意义在于，通过对焊接现象和过程的数本科毕业论文第I页共I页值模拟，可以通过做很少的试验来优化结构设计和工艺设计，提高焊接接头的质量。有限元法起源于20世纪50年代航空工程中飞机结构的矩阵分析，现在它已被用来求解几乎所有的连续介质和场的问题。在焊接领域，有限元法已经广泛的用于焊接热传导、焊接热弹塑性应力和变形分析、焊接结构的断裂力学分析等[4]。经过多年的发展，有限元数值模拟技术已经成为焊接数值仿真的主流方法，因为焊接最为关心的是变形和残余应力的控制，而有限元方法在这方面有着明显的优势[5]。因此本次课题研究采用有限元分析方法来进行焊接接头的仿真模拟。1.2.2焊接模拟技术在国内外发展研究现状1962年，丹麦人首次使用计算机有限差分法进行铸件凝固过程的传热计算，从70年代开始，有限差分法逐渐从铸造向锻压、热处理、焊接等方向扩展。到70年代，有限元分析法开始得到应用，日本的上田幸雄等首先以有限元为基础，提出了材料力学性能与强度有关的热弹塑性分析理论。随着计算机技术的发展，焊接有限元计算也有了很大的进展。而我国焊接界有限元模拟研究开始于80年代初，模拟的内容主要是二维温度场或薄板准稳态温度场，进入90年代，三维温度场的模拟开始起步。而焊接有限元模拟的领域也已经拓展到了熔池反应、凝固、固态相变、焊接接头的性能等各个方面[6]。相关软件方面，国外目前专门做有限元分析软件的公司有几十家，现在已经商业化的大型通用有限元工具软件有NASTRAN、MARC、ABAQUS、ANSYS等，还有专门用于分析焊接现象的软件，如SYSWELD（法）、HEARTS（日）以及QUICKWEL