蹤雪梅，张贵芝，黄　松，张立平，占小红

（1.徐工集团江苏徐州工程机械研究院，江苏徐州221004；2.南京航空航天大学，江苏南京211106）

多层多道焊接残余应力与变形三维数值模拟

蹤雪梅1，张贵芝1，黄松1，张立平1，占小红2

（1.徐工集团江苏徐州工程机械研究院，江苏徐州221004；2.南京航空航天大学，江苏南京211106）

大型复杂焊接结构件的主要接头形式为平板对接，开展对平板对接多层多道焊接三维数值模拟研究十分必要。通过控制网格尺寸和边界条件进行优化来平衡模拟精度和计算效率的问题，并采用试验测量和MSC.MARC有限元模拟相结合方法分析焊接残余应力与变形趋势。结果表明，该多层多道焊接数值模拟采用位移约束和弹簧约束混和边界条件，在焊缝最大网格尺寸为2 mm时，计算效率和精度匹配效果最佳，有限元计算结果与试验测量结果吻合良好，证明该有限元模型的合理性。

数值模拟；多层多道焊；残余应力；变形；弹簧约束

0　前言

在中厚板焊接中，考虑到熔宽及熔深大小的局限性，一般采用多层多道焊，而多层多道焊的模拟涉及到金属的逐步填充问题，这在数学建模上比较难以实现，这种情况下一般采用将模型简化为二维或者不考虑逐步填充，材料一开始就全部填入焊道的方法[1]。这些方法从不同程度上降低了模拟精度，都不太理想。

有限元计算中的单元“生死”技术提供了解决这种问题的一种方法。其原理是：首先在前处理时将这些单元“杀死”，即将它们的热物性参数变为很小的值，在保证刚度矩阵稳定的前提下，将这部分单元的作用减至最小，这样在实际计算中就相当于这部分单元不存在。……