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有限元法预测焊接残余应力并在考虑碳钢变形相变的影响 院长邓，?一?， 一?，日本研究中心的计算力学公司技术开发部，Togoshi倪建设，1-7-1，Togoshi，品川区，东京142-0041 收到17年10月;?? 接受2008年4月23日。?? 可在线零零八年五月一日。? 摘要 这项研究的目的是探讨固态相变的影响?焊接残余应力和失真低碳钢和中碳钢。?在对这项研究ABAQUS的代码为基础，加上一个顺序热，冶金，机械三维有限元模型。?在数值模拟，不同的连续冷却转变图是用来预测的融合区，粗粒度的热影响区，细颗粒热影响区，分别马氏体的分数。?体积变化的影响，由于奥氏体，马氏体转变的最后残余应力和焊接失真进行检查。?模拟结果显示，最终残余应力和焊接在低碳钢变形似乎没有受到固态相变的影响。?然而，对于中碳钢，最后残余应力和焊接失真似乎是显着的马氏体相变的影响。 关键词：?焊接残余应力;焊接失真;相变;有限元法数值模拟，冷却速度 文章概要 1。? 简介 2。? 有限元建模 2.1。?热源和热分析 2.2。?相变 2.3。?力学分析 3。? 模拟案件 4。? 结果与讨论 4.1。?分析?残余应力 4.2。?分析?焊接?变形 5。? 结论 参考文献 1。?简介 在焊接结构的主要问题之一是?焊接残余应力和焊接失真由于局部加热。?残余应力这和周围的发展?焊接不利于区域的完整性和焊接结构的服务行为。?该焊接残余应力可促进脆性断裂，减少屈曲强度和疲劳寿命和促进?应力腐蚀开裂的服务。?残余拉伸?应力还促进相关钢冷裂纹的焊接部分，然后用氢肯定的是，在投入服务?[1]?。焊接中存在的问题往往会导致失真，例如在组装和产品成本的增加维不精确。 有几个因素可能有助于编队?残余应力和变形。?塑性变形产生于母材和焊缝金属的设计（结构），材料和工艺参数的功能。?设计参数包括联合的类型和板的厚度。?材料参数反映了基本金属的冶炼条件和焊接金属。?制程参数包括焊接法，热输入，预热，?焊接序列和约束条件。 在某些钢铁焊接件，固态奥氏体在冷却过程中马氏体转变有重大影响的?残余应力和变形?[2]?。?马氏体转变是一个非扩散固态剪切变形?[3]?。?在钢，马氏体形成了从奥氏体含有碳原子，并在形成鉴于其在非扩散的性质，因此可以继承父奥氏体的碳原子。?碳原子被困在铁原子之间的八面体间隙位置，产生了体心四方（银联）结构，和身体是超饱和相对于心立方（bcc）的铁素体。?除了马氏体事实，即奥氏体的化学成分是直接继承，马氏体剪切变形是通过一个普通的应变形状改变平行于奥氏体设置父的晶面的。?因此，当马氏体形成，金属量的增加，转换可塑性也产生了。?在焊接过程中，在热影响区（HAZ）的体积膨胀规模和融合区（FZ型）取决于马氏体体积分数的形成。 准确?预测和减少?焊接残余应力和变形在提高焊接结构质量的关键。?对于某些钢材，以评估残余应力变形准确，金相转变必须加以考虑。?在这项研究中，有限元计算程序，考虑到固态相变，是在现有基础上开发的研究?[1]?，?[2]?，?[3]?，?[4]?，?[5]?和?[6]?， 而成效建议的数值分析方法残余应力与钢中的碳失真特定钨极惰性气体（TIG焊）电弧?焊接是证明。?有限元分析软件ABAQUS的?[7]?是学习用的。 2。?有限元建模 的演变轨迹?残余应力调查和失真是热弹塑性有限元方法。?为了准确地捕捉残余应力在焊接板变形，三维有限元模型。?因为在尺寸变化焊接可以忽略不计，机械完成的工作相比，是微不足道的热能?焊接弧，焊件的热机械行为中?焊接是模拟使用顺序耦合的制定。?热传导问题就解决了独立于应力问题和相态获得温度的历史。?不过，考虑到制定的瞬态温度场的贡献应力通过分析热膨胀，以及温度依赖性热物理和机械性能。 该解决方案的过程包括两个步骤。?首先，温度分布及其在历史上焊接模型计算出的热传导分析。?气温的历史是受雇为热负荷在随后的机械弹塑性计算残余应力场。?在这一步，马氏体体积分数计算，并且由于体积变化是通过改变相变的温度范围内的热膨胀系数的考虑，其中奥氏体转变成马氏体组织。 在这项研究中，一板模型所示?图。?1?使用。?由于对称的，一个模型半数的被选作分析模型。?有限元模型显示在?图。?2?4000砖元素和5355节点。?它在细网格焊接区。?最小的元素是4毫米× 1毫米× 1.5毫米。?长度，宽度和厚度的模型200毫米，100毫米和6毫米，分别为。 全尺寸图片?（15000） 图。?1。?板几何和坐标系统。 全尺寸图片?（34K系列） 图。?2。?板模型用于有限元分析。 为了澄清相变影响?焊接残余应力变形，两个钢种，即低碳钢（S15C），中碳钢（S45C中碳钢），选择了这项研究。?的化学成分和功能属性下的热列于?表1?和?图。?3?[8]?， 分别为。?在