厚板焊接残余应力有限元分析(17)

第二章焊接过程的理论分析

【‘】‘＝ｆｒｇ【Ⅳ】７凼

ｆ

【吃ｒ＝ＩＩ峨【Ⅳ】１凼笔

２．４应力分析

２．４．１残余应力产生原因

残余应力由发生原因来分，主要有以下三种：

（１）直接应力，这是由于不均匀加热的结果，它主要取决于焊接热循环，它是形成焊接残余应力的主要原因；

（２）组织应力（相交应力），由于焊接时伴随温度的升降，金属组织就发生不同的转变，与它对应的比容就增大或减少，造成残余应力的存在。一般情况下，这种影响与（１）相比是次要的；

（３）加工引起的应力，这是焊前造成的应力（例如焊件焊前的坡口加工、焊件的尺寸机械加工等）

产生焊接残余应力的根本原因是金属构件在焊接过程中由于受到局部加热而在焊缝及其局部区域产生压缩塑性变形区，所以，焊缝及其局部区域的残余应力为拉应力，其数值往往接近或达到构件的屈服极限ｃｒｌ，焊接残余应力作为宏观应力，其存在范围与构件的整体尺寸属于同一个数量级，并以内应力自平衡的形式存在，有压有拉。

２．４．２热弹塑性理论本构方程

在焊接中，温度场、应力场及微观组织之间存在着复杂关系，而且，它们之间的关系是非线性的。在本文中，由于采用低碳钢钢板进行实验，因此，不考虑相变应力，并作了以下假设

（Ｉ）材料服从Ｍｉ∞ｓ屈服准则；

（２）塑性屈服区服从流变法则；

（３）弹、塑性与温度应变是可分的；

（４）材料的机械性能与物理性能是温度的函数

材料处于热弹性或塑性状态下的应力应变关系为：

｛ｄ口ｌ＝【Ｄ】｛如卜｛ｃｌ盯

其中【Ｄ】为弹性或弹塑性矩阵，｛ｃｌ为与温度有关的量

２．４．２．１弹性区本构方程

在弹性区，假定｛如ｌ可分，有（２一１４）

｛如ｌ＝Ｉ如‘ｌ＋｛如｝＝｛如“）｛口｝刃（２—１５）

其中㈨＝慨＋等研由虎克定律ｆ仃Ｊ＝ｆＤ】ｆ矿Ｊ得：ａ，ｏ