【案例】焊接残余应力仿真研究

焊接作为钢结构中的重要工艺，直接关系到工程质量的好坏、结构的安全。焊接过程中，由于高度集中的瞬时热输入，在焊接过程中和焊后将产生相当大的残余应力（焊接残余应力）和变形（焊接变形、焊接收缩、焊接翘曲）。

焊接残余应力对构件的刚度、静强度、疲劳强度、应力腐蚀开裂等都有很大的影响，使使用寿命提前；焊接残余变形则严重影响了构件外形和装配精度。

在对焊接质量要求越来越高的今天，通过传统试验手段来研究影响焊接残余应力的因素，不但耗时费力，而且成本巨大。而采用有限元模拟的方法，对焊接过程进行数值模拟，认清焊接残余应力与变形的大小和分布规律，这对控制和消除焊接残余应力及变形起到了关键性的作用，对工程实践有显著意义，同时大大节约经济成本，优化工艺方案，是未来研究焊接结构件变形问题的大趋势。

图2     残余应力在竖直方向变化规律（方案1—4）

图3     残余应力在竖直方向变化规律（方案5—8）

图4 残余应力在水平方向变化规律