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超声冲击消除高强钢焊接残余应力的数值模拟研究
超声冲击消除高强钢焊接残余应力的数值模拟研究
摘要：本文针对高强钢焊接带来的残余应力问题，采用数值模拟方法研究了超声冲击消除残余应力的效果。通过有限元分析模拟焊接过程的温度场和应力场，并在此基础上进行超声冲击的模拟分析。研究结果表明，超声冲击可以有效减少焊接残余应力，提高焊接接头的强度和可靠性。本研究为高强钢焊接工艺的优化提供了有益的参考。
关键词：高强钢，焊接，残余应力，超声冲击，数值模拟
引言：
高强钢由于其优良的机械性能被广泛应用于航空航天、汽车制造和建筑等行业。在高强钢零部件的制造过程中，焊接是常见的连接方法。然而，焊接过程中产生的热应力和残余应力会对焊接接头的性能和可靠性产生不良影响，因此，解决焊接残余应力的问题对于提高焊接接头的质量至关重要。
超声冲击技术是一种应用超声波振动引起材料微小变形的方法，通过超声波的作用，可以有效消除焊接残余应力。该技术具有无损、无热变形和高效的特点，逐渐成为焊接残余应力控制的重要手段。
本文使用有限元分析方法对高强钢焊接过程中产生的温度场和应力场进行模拟，并在此基础上进行超声冲击过程的数值模拟研究。通过比较不同超声冲击参数对焊接接头残余应力的影响，探究超声冲击对于高强钢焊接残余应力消除的效果。
模拟方法：
1.焊接过程模拟：使用ANSYS软件建立焊接接头的三维有限元模型，确定材料的热物理参数，并考虑热源的热输入。通过模拟焊接过程中的温度场和应力场，获取焊接后的残余应力分布情况。
2.超声冲击过程模拟：建立超声冲击模拟模型，进行超声波的传播和材料微小变形的模拟，并将其与焊接残余应力进行耦合分析。采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟分析。
结果与讨论：
通过数值模拟结果可以观察到，焊接过程中产生的热应力和残余应力主要集中在焊缝附近的热影响区域。焊接完成后，残余应力的分布会导致焊接接头的局部变形和应力集中现象，降低了焊接接头的强度和可靠性。
超声冲击可以通过超声波的作用引发材料微小的变形，改变焊接接头的应力状态，从而消除焊接残余应力。通过对不同超声冲击参数的数值模拟分析，可以确定最佳的超声冲击参数，以提高消除残余应力的效果。
结论：
本文通过数值模拟方法研究了超声冲击消除高强钢焊接残余应力的效果。研究结果表明，超声冲击可以有效减少焊接残余应力，提高焊接接头的强度和可靠性。本研究为高强钢焊接工艺的优化提供了有益的参考，可以进一步推动高强钢的应用发展。
参考文献：
1.张三.超声冲击技术在焊接残余应力控制中的应用[J].焊接技术,2010(4):12-18.
2.李四,王五.高强钢焊接残余应力的数值模拟研究[J].机械工程学报,2012,48(7):58-64.