Guideforfiniteelementcalculationofw2023-11-17發布2024- 1 1 1 4 5 5 7 7 8 8 11 12 13 15 15請注意本文件的某些內容有可能涉及專利。本文件的發布本文件由中國材料與試驗標準化委員會特種設備標準化領域委員會(CSTM/FC5本文件由中國材料與試驗標準化委員會特種設備標準化領域委員會(CSTM/FC51焊接殘余應力有限元計算導則GB/T31054機械產品計算機輔助工程有GB/T3375和GB/T31054界定的有限元分析finiteelemen2注：每個單元僅在節點處和相鄰單元及外部焊接殘余應力weldingresidual3對于平板焊接，垂直于由縱向和橫向確定的平面的方向，即沿厚度方環向/周向circumferential道間溫度interpasstemper連續冷卻轉變曲線continuouscoolingtransformati等溫轉變曲線timetemperaturetransformati反映組織在不同過冷度下等溫溫度、保持時間與轉變產物所占百分數的關擴散型相變diffusivephasetr非擴散型相變non-diffusivephaset4相變塑性transformationinducedpla相變塑性系數coefficientoftransformationplasticity各向同性強化模型isotropicharde隨動強化模型kinematicha材料在進入塑性以后，加載曲面在應力空間僅做剛體移動，但其屈服面混合強化模型mixedhardening退火溫度annealingtemperatu階躍退火模型single-stage動態退火模型time-temperature-dependentannea4符號和說明5KW/m2·KJ/(kg·K)ρkg/m3HJ/mPJ/sIAUVη-vTKKTmKTaKΔTKKKkMPa-1b）焊接件整體幾何尺寸；6k）機械約束（包括焊接墊板及夾具的使用方式和位置）；m）焊接熱循環曲線。料性能模擬軟件獲取材料的熱物性及力學性Trt-TmTrt-Tm——屬材料退火軟化效應帶來的塑性應變消除效果，應該設置退火溫度Ta；退火軟化效應通常通過階躍退7Trt-TmTrt-TmTrt-TmTrt-Tma)熔敷金屬的添加：為實現焊縫金屬的熔敷，軟件應具有添加和移除單元元的材料屬性進行控制，實現將焊縫金屬在適當的時b)熱源模型的建立：計算軟件需能夠通過施c)材料性能的添加：有限元軟件還需能夠處理溫度相關的材料參數，并可以計算由熱傳導、熱對適用于薄壁結構或者是法向（或徑向）應力可被忽略應力計算但所需建模及計算耗時較長。8b）可采用自適應網格技術，實現網格細分區域只集中在熱源附近，而其它部分則能夠保持較疏的），d）網格優先劃分為四邊形單元（二維模型）或六面體單元（三維模型既能保證計算結果的可f）宜進行網格敏感性分析，即采用不同的網格尺寸進行試算，分析計算a）主要單元類型包括低階完全積分單元、低階減縮積分單元，以及高階完全積分單元、高階積分單元。高階單元相較于低階單元能更準確描述變形、應力集中b）熱分析既可采用低階單元也可采用高階單元，但采用低階單元時需要細化網格以增加精度；c）在進行應力分析時，應使用減縮積分單元，以避免在完全積分的單元中發生自鎖問題；結狀不規則、變形和應力分布復雜時宜選用高個數量級等效為材料未加熱的狀態。在應力分析中，可通過在改變材料力學性能參數來實現。9c）面熱源模型適用于薄壁焊接結構，主要類型為高斯表面熱源，其熱源分布函數見公式(1):.........(1)Η-為焊接熱效率；R0－熱源半徑。通常根據對比實測及計算的熔化區截面半徑將R0值進一步優化，如果模擬得到的焊縫熔化區半徑比實際略小、則應調小R0值，若比實際略大、應增大R0值；d）體熱源模型適用于具有較大熔深的焊縫；常見的體熱源模型包括半橢球、橢球及雙橢球體熱源.........................式中:x、y、z－與熱源中心在x、y、z方向上的距離;......................式中:式中:f1、f2－雙橢球前、后部分橢球的能量分配系數，且f1+f2=2，建議f1取1.6，f2取0.4；a12a=b=a1=0.5a2≈0.45Wwidth.......................c≈0.9Wdepth(6)Wwidth、Wdepth－實際熔深及熔寬。根據對比e）對于復雜的焊道形貌，宜采用包含雙橢球體熱源的a）適用于二維截面建模法或者是厚壁結構的三維建模方法，適用于b）該熱源模型屬于內生熱源，其作用區域內任意一點的內生熱率等于電弧有效功率除以所作用單）；P－焊接電弧功率(焊接電流I和電弧電v－焊接速度。根據該公式可對熱輸入進行初步計算，并應進一步根據溫度場預測結果對熱輸入值輻射換熱效應在高溫區影響顯著，同樣需在表面施加熱輻射系根據實際焊接工藝條件，通過設置模型初始溫度以實現預熱溫度的應控制熔敷后焊縫的道間溫度，通常設置為測量值或者焊接工藝卡設定值的對升溫至和降溫至400℃的時間段采用較小步長，400℃以下溫度的計算可以采用大步長，以節約a）最高溫度：檢查焊縫區域每一節點的最高溫度是b）焊接熔池的形貌與尺寸：將溫度分布云圖顯示上限設置為材料的固相線溫度以顯示熔合線邊位置提取瞬時焊接熱循環曲線，與測試所得溫度變化曲線進行對比，預測和測量的瞬態溫度差值應在），ξ=1-exp(-ktn)(9)k—系數，反映形核和晶粒長大的速度，其值的大k和n的值可以通過材料的等溫轉變曲線圖和連續冷卻轉變曲線圖來確定ξ=1-exp(-b(Ms-T)),(Ms＞T)......................(10)約束條件（自由態）的計算，最終獲得的應力為殘dε=dεth+dεe+dεp(11)dεe－彈性應變增量；dεp－塑性應變增量；dεth－熱應變增量。12.2.2存在固態相變效應見公式（12）:dε=dεth+dεe+dεp+dεvol+dεtp(12)dεtp=kSf(14)......................S－應力張量；f－新相含量；△f－相體積分數增量；f－相變速率，h()為非線性因素；k－相變塑性參數，可由公式（16）計算:k=2Δεitj/σi......................(16)Δεitj－新相與舊相之間熱應變的差值；a）提供關鍵橫截面的殘余應力數值預測視圖，與實驗驗證結果進b）提供關鍵位置的預測值、與測量值進行比較。需依據測試的標稱體積，對有限元分析的關鍵位j）分析人員、校核人員及審批人員簽字。石重型裝備股份有限公司、哈電集團（秦皇島）重型裝備有限公司、山東核電