厚板焊接残余应力有限元分析(7)

第一章绪论３

法嗍。

目前在焊接过程的数值模拟中，基本上是以有限元法为基础，以解析解，有限差分，蒙特卡洛为辅，在实际应用中，各种方法常常相互交叉渗透。例如：在焊接瞬态热传导数值模拟中，空间域采用有限元方法，而时间域则采用差分法，将两种方法结合起来求解，可取得较好的效果。

１．２焊接温度场的研究历史和新发展

焊接温度场的准确计算或测量，是焊接冶金分析和焊接应力、应变热弹塑性动态分析的前提。关于焊接热过程的分析，苏联科学院的母ｂｌｉｎ院士对焊接过程传热问题进行了系统的研究，建立了焊接传热学的理论基础。为了求热传导的微分方程的解，他把焊接热源简化为点、线、面三种形式的理想热源，且不考虑材料热物理性质随温度的变化以及有限尺寸对解的影响。实际上焊接过程中除了包含由于温度变化和高温引起的材料热物理性能和变化而导致传热过程严重的非线性外，还涉及到金属的熔化、凝固以及液固相传热等复杂现象，因此是非常复杂的。由于这些假定不符合焊接的实际情况，因此所得的解与实际测定有一定的偏差，尤其是在焊接熔池附近的区域，误差很大，而这里又恰恰是研究者最为关心的部位嘲嘲【日们。

Ａ‘Ｉａｍｃｓ、木原博和稻埂道夫等人根据热传导微分方程，以大量的实验为基础，积累了不同材质、不同厚度、不同焊接线能量以及不同预热温度等测量数据，然后从传热理论的有关规律出发，经过整理、归纳和验证，最后建立了不同情况下的焊接传热公式。这种方法比前者采用数学解析法要准确，但实验的工作量很大，有确定的应用条件和范围，且可靠性取决于测试手段的精度。

１９６６年硼ｓ∞和ＮｉｃｋｅⅡ首次把有限元法用于固体热传导的分析计算中。７０年代，有限元法才逐渐在焊接温度场的分析计算中使用。１９７５年，加拿大的Ｐｏｌｃｙ和ｌＩｉｂｂｃｎ在发表的文章中，介绍了利用有限元法研究焊接温度场的工作，编制了可以分析非矩形截面以及常见的单层、双层Ｕ，Ｖ型坡口的焊接温度场的计算程序，证实了有限元法研究焊接温度场的可行性。之后国内外众多学者进行了这方面的研究工作。触ｚ在１９７６年的博士论文中专门研究了利用焊接温度场预测接头强度问题，其中分析了非线性温度场，在二维分析模型中，假定电弧运动速度比材料热扩散率高，因而传到电弧前面的热量输出量相对比较小，从而忽略了在电弧运动方向的传热，这实际上与母ｈｌｉｎ高速移动热源公式的处理方法是一致的响口１嗍。

西安交通大学唐慕尧等人于１９８１年编制了有限元热传导分析程序，进行了平板焊接准稳态温度场的线性计算，其结果与实验值吻合。随后上海交通大学的陈楚等人对非线性的热传导问题进行了有限元分析，建立了焊接温度场的计算模