季 鹏 ，吴 冬 ，殷晨波，蒋国进，戴晴华

(1.南京工业大学 车辆与工程机械研究所，江苏 南京 210009；2.三一重机有限公司，江苏 昆山 215300)

0 前言

焊接热过程是影响焊接质量的重要因素之一，它包括电弧物理、金属相变、传热和力学等复杂过程，由于焊接的高度集中热输入，焊件在冷却之后容易产生较大的残余应力和变形，会影响焊件装配工艺和使用性能。在此运用ANSYS有限元软件对铲斗体进行焊接过程的模拟，先进行温度场的分析，然后利用热-力耦合方法，计算得到铲斗应力场的分布规律。

1 计算流程

焊接有限元分析主要是温度场和应力场分析，运用APDL编程首先分析焊接温度场，然后将温度场所得到的节点作为体载荷，加载到应力场分析中，计算得到应力场结果，其整体计算流程如图1所示。

图1 焊接过程模拟流程Fig.1 Welding process simulation flow chart

1.1 模型的建立

液压挖掘机铲斗体由三维绘图软件Pro／E建立，然后保存iges导入有限元分析软件ANSYS中进行有限元网格划分，其有限元模型及坡口形式如图2和图3所示。

图2 铲斗体几何模型Fig.2 Geometric model of bucket body

图3 焊缝坡口形式Fig.3 structure of weld groove

1.2 材料高温性能参数

液压挖掘机铲斗体的材料为HG70，是一种高强度工程用钢，抗拉强度为700 MPa，材料的热力学性能和温度有关，且呈现非线性，在ANSYS中，运用mptemp和mpdata命令建立材料在温度下的参数，高温处的物理性能保持不变[1-2]。

1.3 焊接热源的处理与施加

运用内生热的加载方式来模拟焊接热源，通过ANSYS中的生死单元技术来实现焊接材料不断填充焊缝的过程，先将焊缝有限元单元的刚度矩阵乘以一个很小的因子，近似为0，开始进行焊缝填充时，利用*DO-*ENDO命令激活相应的单元，并对其加载[3]。……