焊接变形和残余应力预测方法的比较

汽车制造过程中，常借助不同的焊接技术实现金属材料之间的连接。无论采用什么焊接方法，在焊接点附近都会出现不可逆的弹性和塑性应变，使焊接点附近产生残余应力。这种伴随焊接过程产生的焊接变形和残余应力直接影响焊接点的性能，如对其进行精确的预测，则能够实现焊接点性能的改善，保证焊接结构的完整性。

有限元分析方法和计算机技术的发展，实现了利用有限元软件对焊接变形和残余应力进行预测。商业化有限元软件ANSYS中常用的预测方法为移动热流法和单元生死法。移动热流法通过构建焊接热源模型表示焊接过程中产生的局部集中热输入，忽略焊接点产生的热对流和热辐射，只考虑热传导造成的焊接点热影响区的应变，从而预测焊接变形和残余应力。单元生死法是在有限元分析时，针对焊接过程的不同阶段，“杀死”（将单元属性设置为零）一部分单元，不参与模型的求解，并根据需要“复活”一部分单元，实现焊接过程的真实模拟。建立一个圆柱形底部焊接模型对这两种预测方法进行对比。首先建立圆柱形底部焊接的有限元模型，之后设定材料属性、约束条件和加载条件，最后对建立的有限元模型进行求解。结果显示，与移动热流法相比，单元生死法对焊接变形的预测结果高8%、残余应力的预测结果高11%，更接近真实的焊接结果，但其有限元分析时间比移动热流法高32%。

Venkata Suresh Yaparala et al.SAE 2016-01-1352.

编译：李臣