PoductionTheme生产应用好接
稳态热加载对简状结构变形和应力影响的研究
房元斌”陆永能”张林杰”孔祥意
（1.江苏徐州工程机械研究院，江苏徐州221004；2.徐工集团工程机械有限公司高端工程机械智能制造国家重点实验室，
江苏徐州221004；3.西安交通大学，西安710049；4.徐工集团道路机械分公司，江苏徐州221004）
摘要焊接热源分别采用双椭球和整条焊缝两种稳态热加载，得到了简状结构的焊后变形和残余应力分布，并进行了试验验证。结果表明：两种加载方式焊后变形和应力趋势相同。整条焊缝加载峰值出现在两封口板中心位置，峰值为4.931mm，与试验结果对比误差小。应力峰值相近，峰值近似339MPa。采用双球热源加载，应力分布与试验结果吻合更好。仿真与试验结果误差均能满足工程应用要求，证明了模拟结果的准确性。双椭球热源加载的计算时间是整条焊缝加载的27.2倍，从工程应用层面分析，整条焊缝加载具有重大的使用价值。
关键词：稳态热加载筒状结构应力计算效率中图分类号：TG404
0序言
随着焊接数值模拟技术的不断成熟，数值模拟仿真在生产中的应用已经常态化1-4]。但在生产过程中，如何提高计算效率，对辅助焊接生产有重要实用价值。国内外专家学者已在焊接变形和应力理论和工程应用方面做了大量研究工作。日本大阪大学Murakawa Hidekazu团队基于固有应变法(3)快速预测大型结构件焊接变形；上海交通大学陆皓和徐济进等人对简状结构件关键位置的残余应力进行了深入研究6]；武传松、陆皓和魏艳红对多物理场耦合相互作用机制[7]对焊接变形和应力影响进展和发展做了研究。
鉴于上述研究，结合文中简状结构研究，以压路机压轮为研究对象。压轮的生产一般分为升级和换代。产品升级主要是通过工艺质量提升来实现，工艺质量提升需要在半年内完成：而产品换代是通过改变结构形式、新材料应用和新工艺的研发，往往需要长时间跟踪市场反馈，花费一到两年的时间才能稳定。全凭工艺人员生产经验的积累已经不能满足生产的要求，这就需要借助计算机辅助计算技术，缩短时间，建立正确的压轮有限元建模，需要经历三维模型简化、网格划分、热源校核、样件数据采集、参数设置、调试计算、校核模型。在焊缝附近温度梯度大，网格加密，网格数一般达到百万以上，道次多、焊缝长、非线性计算，导致计
收稿日期：2016-11-21
基金项目：国家科技支撑计划（2015BAF07B02）
万方数据
算时间长，因而如何有效降低计算时间至关重要。
文中借助有限元分析，以双球热源和整条焊缝两种稳态加载，获得了压轮变形和残余应力分布，并进
行了试验验证，同时，对比了两种方式的计算效率。 1试样制备
压轮材料为Q345B，外径1400mm，轮宽2100 mm，轮边距到封口板600mm，板厚40mm，几何模型如图1所示，现场焊接如图2所示
2.100
40
a）压轮剖面图(b）压轮三维模型图图1压轮几何模型图
2017年第3期31