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中厚板T形接头焊接顺序的模拟研究
摘要
本论文以中厚钢板T形接头焊接为研究对象，通过ANSYS有限元软件对焊接顺序进行模拟分析。通过建立有限元模型，对焊接过程中产生的温度场、应力场和变形进行了分析。研究结果表明，在厚板T形接头焊接过程中，固井焊缝先焊接可以有效减小变形，提高焊接质量。
关键词：中厚钢板；T形接头；焊接；有限元
Abstract
Thispapertakestheweldingofmedium-thicksteelplateT-jointsastheresearchobjectandsimulatestheweldingsequencethroughANSYSfiniteelementsoftware.Throughtheestablishmentofafiniteelementmodel,thetemperaturefield,stressfieldanddeformationgeneratedduringtheweldingprocesswereanalyzed.TheresultsshowthatintheweldingprocessofthickplateT-joints,weldingthefixedjointfirstcaneffectivelyreducedeformationandimproveweldingquality.
Keywords:medium-thicksteelplate;T-joint;welding;finiteelement
一、引言
T形接头是工业生产中常见的连接结构之一。由于其结构简单，安装方便，被广泛应用于各个领域。但是，在实际应用中，由于受到热影响区、残余应力等因素的影响，焊接过程中易出现变形、裂纹等问题，从而影响焊接质量和结构的使用寿命。为了保证焊接质量和结构使用寿命，需要对焊接过程进行合理的控制和优化。
在焊接过程中，焊接顺序是影响焊接变形和质量的重要因素之一。因此，对焊接顺序进行研究和优化可以有效减小变形，提高焊接质量。本文以中厚钢板T形接头焊接为研究对象，通过ANSYS有限元软件对焊接顺序进行模拟研究，为实际生产提供参考和指导。
二、有限元模型
有限元模型的建立是本研究的关键。在建立有限元模型时，需要考虑焊接过程中产生的温度场、应力场和变形。图1为中厚钢板T形接头的三维模型。
（插图1）中厚钢板T形接头三维模型
在建立有限元模型时，需要确定合适的单元类型和网格划分。本研究采用SOLID186单元，它是一个六面体元素，适用于线性或非线性固体力学问题。而为了方便模拟分析，将模型分为焊接部分和非焊接部分，分别进行网格划分。图2为有限元模型网格划分。
（插图2）有限元模型网格划分
在有限元模型建立完成后，需要对模型进行边界条件的约束和加载。本研究中设置了约束边界条件，将模型的下部固定，保证在焊接过程中模型不会发生扭曲和位移。
三、模拟分析结果
在有限元模型建立完成后，通过模拟分析得到了焊接过程中的温度场、应力场和变形。焊接过程中，为了避免发生裂纹等问题，采用了预热技术，并在预热后进行焊接。本研究中将焊缝分为两个部分，分别进行焊接。一部分为固井焊缝，在焊接过程中首先进行焊接；另一部分为补充焊缝，在焊接固井焊缝后进行焊接。
图3为焊接固井焊缝的温度场图。从温度场图可以看出，在焊接过程中，焊缝的温度呈梯度分布，中心区域温度最高，边缘温度较低。焊接结束后，焊缝温度逐渐降低，形成稳定的温度场。
（插图3）焊接固井焊缝的温度场图
图4为焊接固井焊缝的应力场图。由应力场图可知，焊接固井焊缝产生的应力场较大，边缘区域应力密度较小。焊接结束后，应力场逐渐降低，形成稳定的应力场。
（插图4）焊接固井焊缝的应力场图
图5为焊接固井焊缝的变形图。从变形图中可以看出，焊接固井焊缝的变形较小，焊接结束后变形逐渐减小。
（插图5）焊接固井焊缝的变形图
四、结论
本研究以中厚钢板T形接头焊接为研究对象，通过ANSYS有限元软件对焊接顺序进行模拟分析。通过建立有限元模型，对焊接过程中产生的温度场、应力场和变形进行了分析。研究结果表明，在厚板T形接头焊接过程中，固井焊缝先焊接可以有效减小变形，提高焊接质量。
五、参考文献
[1]GuoY,JiaC,JiangH,etal.NumericalsimulationofweldingdeformationforcomplicatedT-shapedlarge-scaleframework[J].InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology,2013,67(5-8):1075-1080.
[2]FengX,WeiX,ChenW,etal.Numericalsimulationofweldingresi