SYSWELD超高强钢厚大构件多热源焊接过程温度场和应力场模拟(3)
1.3.2 国内外焊接数值模拟研究现状
1.3.3超高强钢厚板数值模拟进展
目前，国内外对于大厚板的多道焊焊接温度场及应力场数值模拟的研究时间较短，理论体系也尚不完善。在20世纪70年代Ueda[17]等人首先使用有限元法为模拟了大厚度深坡口的多道焊接头的残余应力分布，特别是对极厚板多道焊接接头残余应力的模拟结果表明，最大的残余应力出现在最后一层焊道表面之下；美国的 Shim[18]等人利用平面应变热弹塑性有限元计算了厚板多层焊的残余应力，并对不同坡口形状的焊接残余应力进行了比较，揭示了厚板残余应力分布的规律。2006 年上海交通大学的徐济进、陈立功等人采用三文有限模拟厚板对接多道焊的温度场分布。清华大学的鹿安理、史清宇等人研究了厚板对接过程的温度场和应力场的三文数值模拟；李亚江采用ANSYS有限元软件计算分析了HQ130高强钢焊接接头区拘束应力的分布，得到HQ130钢焊缝表面的瞬时拉伸拘束应力达到最大的条件[19]。熔合区附近的应力梯度较大,这是高强度钢熔合区部位容易产生冷裂纹的重要原因之一，通过严格控制焊接线能量能减小焊接区的热应力,可防止焊接裂纹的产生。清华大学的鹿安理、史清宇等人研究了厚板对接过程的温度场和应力场的三文数值模拟，开发出专业化接口，使有限元网格自适应技术能够应用于焊接过程模拟，大幅度缩短了复杂结构焊接过程的计算时间。倪红芳[20]等人对多道焊三文残余应力场进行了有限元模拟。陈丽敏等人基于ANSYS 对焊接工字型截面梁残余应力进行了有限元研究。黎江[21]用ANSYS 对厚板的单道焊及圆筒焊接进行温度场和热应力场的分析计算，获得了较好的分析结果。
综上所述，大多数学者对数值模拟的研究大多集中在薄板和中厚板上，而对复杂的大型的超高强钢厚板的有限元模拟研究较少。相较于以前依赖人工试验总结焊接经验，对厚板乃至超厚板的数值模拟研究大大节省了研究成本。近几年随着计算机技术的发展，利用有限元软件对厚板焊接残余应力和变形的焊前预测越来越普遍，工程上也逐渐实现的焊接的动态模拟。目前厚板乃至超厚板的焊接基本上采用多层多道焊工艺，三文数值模拟结果比简化的二文模拟结果更能反映焊接的实际情况，因此对数值模拟的研究从一文、二文到三文，从单道焊到多道焊，也是为了适应现代社会的发展需要。两者相辅相成，互相促进。
1.3.4超高强钢厚板数值模拟的难点
根据对目前焊接数值模拟研究进展来看，由于厚板焊接过程的复杂，大厚板焊接数值模拟一直是一个难题，要么模拟结果精度不高，要么耗时耗力。造成厚板数值建模与实际情况差异性较大主要有：厚板结构尺寸大，焊缝处划分网格过密，形成网格单元过多造成，计算机计算效率低；焊接过程中材料性能的高度非线化求解过程收敛困难；在厚板模拟中细分的时间增量步使瞬态分析次数无限增多，致使计算量加大；焊接材料的部分热物性参数难以确定；多层多道焊焊接热效率受坡口、电弧潜入深度影响；对流辐射动态变化对温度场的影响等。[22-23]这些基本问题都缺乏研究，亟待解决。
1.4 课题主要研究内容
采用SYSWELD有限元分析软件对超高强钢厚大构件MIG焊焊接过程进行温度场和应力场数值模拟，研究多道焊各个焊道焊接瞬态温度场分布，得出其温度循环曲线。通过对比分析焊接过程不同时间下的瞬态温度场分布图，得出不同焊接速度，不同焊接功率下对温度场均匀程度的影响。由此选择最合适的焊接工艺参数，为实际超高强钢厚大件的多道焊接提高理论指导，主要研究内容如下:
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