中大直径螺柱与中厚钢板螺柱焊焊接过程有限元模拟(3)
关于划分网络单元这一块，既要考虑到焊接缝隙处的温度梯度的变化又要考虑到远离焊接缝隙处的影响情况。不能简单的整体考虑，如果划分偏向于稠密，在焊接缝隙处自然可以得到较为精准的结果，但是这样划分在远离焊接缝隙处就没有多少实际的意义，徒增大了计算机的计算量；如果偏向于稀疏，既降低了计算机的计算量又可以对远离焊接缝隙处的情况作出准确的模拟，但是这样不能对焊接缝隙处的情况作出准确的模拟。因此，对于接近焊接缝隙处，网络划分要加密，而在相对远的焊接缝隙处，因为本身的温度梯度变化不大，就可以划分的较为稀疏。这样既提高了焊接缝隙处的准确度，又节省了计算时间，提高了工作的效率。张建勋、薛勇等[8]在划分网络单元时是利用的弹塑性非线性区域与线性弹性区域分开计算的迭代子结构技术，将部分地区的单元凝聚为大型的单元，这样就节省了计算的时间。Shi Qingyu 等[30开发了一种全新的划分网络单元的技术，称之为动态可逆自适应网络划分技术，用此方法模拟出的温度场与应力场的结果与实际情况较为接近，差别仅在于应力分布不同，最佳之处在于此种方法节省了比上述方法节省了一半的时间而且模拟出的结果整体上保持了相对的一致性。
1.2.2 焊接应力与应变的模拟
焊接变形与焊接应力问题一般有以下两个类别：分别是焊接过程的瞬态热应变应力的分析和焊接后的残余应力与应变的计算[23]。目前为止，分析研究应变跟焊接应力的数值方法有固有应变法、相变与热应力耦合效应、热弹性塑性有限元分析和粘弹性分析等方法[23]。
焊接热弹性塑性的分析理论最初是日本籍的上田幸雄等基于有限元分析方法在20世纪70年代初的时候，关于材料机械性能和材料温度相关的焊接分析理论。这种理论的提出使分析动态的复杂焊接应变和焊接应力更为方便。这种方法的最大好处就是可以较为细致的分析出焊接过程中焊接应力跟焊接变形的产生规律和变化趋势，因此此种方法得到了较为广泛的推广和应用，但是不足之处在于此方法的运算量极大，不适合用于较大模型和复杂构建的焊接变形的分析模拟。因此，上田幸雄等人又开发出另外一种新的理论即固有应变理论，这种方法是将实验条件假设成为定量，推翻原有的瞬态热弹塑性分析模型，转化为静态纯弹性力学问题，这种方法的好处是极大的减少了模拟的计算时间，而计算结果又有了一定的请准性。但是此种方法还需要在新型材料和新型工艺等条件上的经验积累，又与最初的愿景冲突，在现有的技术和条件下，无法达到最初的模拟目的。更为重要的是这种方法是基于生产工艺经验来假设条件的，所以很难通过改善工艺条件来改善应力应变的要求。随着粘弹塑性理论的不断完善和发展，人们对之认识的不断增加，加之有限元方法的大力推广和应用，焊接应力分析越来越趋向于使用高温蠕变的粘弹塑性的有限元方法。德国籍的Argyris是最开始提出分析焊接应力使用热弹—粘塑性组成的方程。而最终利用粘塑性和材料的应变率敏感模型建立有限元方程是由H． A． Nied来完成的。其粘弹塑性有限元方程是利用Prandtl-Reuss 流动法则和Von Mises 屈服条件推倒完成的。这种方法主要用来计算分析奥氏体钢的焊接变形和焊接应力，并且模拟的结果与实验结果较为符合。而各个温度段的本构方程是由加拿大的J．Goldak 等提出的，提出的基础是将从室温到熔点时的焊接应力做了足够的研究分析。相变过程中钢材料的的塑性、相变过程以及热应力三项间的耦合效应由法国籍的科学家J．B．Leblond做出了理论分析和数值过程的研究，并且由此继续开发和延续了SYSWELD 焊接模拟专用软件。而伴随有相变的温度变化的过程时，焊接温度、相变过程以及热应力三项间的耦合效应是由T． Inoue 等率先研究并发表出的结论，并在此基础上开发了本构方程在耦合条件下的一般形式。而此理论基础下，涉及到热弹塑性问题中所要用到的材料物理性能都可以依据各个相的平均体积分数来确定[8]。