316L不锈钢管件焊接剩余应力的计算

316L不锈钢管件焊接剩余应力场和变形的计算，不需求在重新树立新的模型，而是采用温度场计算时的网格模型，不过必需将热剖析单元PLANE55、SOLID70分别转化为相应的构造剖析单元PLANE42、SOLID45.

此外，还要定义316L不锈钢管件的力学性能参数，把表3.3中的2205双相316L不锈钢管件不同温度时的泊松比、弹性模量、屈从应力分别输入到ANSYS软件的资料模型中，并绘制力学性能参数随温度变化的曲线。

由于假定资料为理想塑性资料，所以不需求给出切变模量或硬化指数。依据焊接属于大变形的特性，选取双线性等向强化BISO为模型的塑性选项。BISO运用双线性来表示应力——应变曲线，在此选项中运用等向强化的VonMises屈从原则，这个选项普通用于初始状态下各向同性资料的大应变问题，这一特性很合适模仿焊接应力和变形的计算，运用这一选项时要分三步来定义资料的特性

(1)定义资料弹性模量

(2)激活双线性等向强化选项

(3)运用数据表定义非线性特性。

剩余应力的加载与求解

时间步长应与温度场计算时的设置一样，以便于温度载荷的读入。施加载荷时，读入热剖析的节点温度并指定相应的载荷步，设置的参考温度应与热剖析中设置的初始温度一样，都是室温20℃。

思索到模型对称性，须在模型的对称面上加上对称约束。为了得到自在状态下的剩余应力，在y=0的边缘上施加Y方向上的约束，在316L不锈钢管件的最左边施加X方向上的约束，在z=0的平面上施加Z方向上的约束，这样使316L不锈钢管件整个焊接在在无整体刚性位移的状况下，其应力和变形得到自在释放。

316L不锈钢管件焊接过程中，溶池区的金属处于消融状态，即进入零力学性能状态，其一切的应力应变都将消逝。对此，采用生死单元的办法来模仿焊缝金属的凝结和填充。

所谓生死单元是在模型中”激活”或者“杀死”单元，使模型中的相应单元“生”或“死"。在ANSYS中停止剖析时，“杀死”有限元中的单元，并不是将该单元从模型中删除，只是将其热传导矩阵乘以一个很小的因子，死单元的热载荷、质量、比热容设为零，资料很快就会进入零力学状态。同理，单元的“出生”也不是将它参加到模型中，而是重新激活它，使单元的比热容、热传导、质量等热物理参数和力学性能参数恢复到初始状态。

在停止每一步热应力计算时，将对应的温度场的计算结果停止选择，“杀死”超越熔点的单元，而低于熔点的单元将其“激活”，从而很好地模仿了焊接过程中金属的凝结与填充，也使得焊接应力的模仿更契合焊接实践。

316L不锈钢管件剩余应力计算结果及剖析

在垂直于焊缝中点的程度线上，分别取距焊缝0mm、6mm、12mm的三个点,能够得到这三个点的横向剩余应力和纵向剩余应力随时间变化的变化规律。

由图3.18和图3.19可知，焊接过程中316L不锈钢管件上各点的应力变化十分复杂，各点即便在温度趋于稳定时，应力仍要发作一定的变化，这阐明变形谐和准绳对应力的散布有较大的影响。整个焊接构造构件作为一个整体，各个区域间互相作用比拟复杂，相距较远的区域也会有应力的变化，不过离焊缝较远的区域应力变化没有离焊缝较近处的应力变化那么猛烈。

从ANSYS仿真剖析的结果看，在焊缝方向上的纵向参剩余应力都是拉应力，而且中间很长一局部的拉应力都很大。横向剩余应力则先是很大的压应力，再而为拉应力，然后又转变为很大的压应力。焊缝正中间垂直于焊缝截面上的横向剩余应力很小，且均为拉应力。纵向剩余应力在焊缝左近则呈现很大的拉应力，远离焊缝处逐步变为压应力。

316L不锈钢管件在焊接过程中，焊接区域以远高于四周区域的速度被急剧加热，并部分凝结。焊接区域资料受热收缩，热收缩遭到四周较冷区域的约束，产生了热应力，受热区域温度升高后资料屈从极限有所降落，局部热应力可超越屈从极限，这样焊接区构成了塑性的热紧缩。冷却后焊接E域比四周区域相对缩短和变窄，因而这个区域呈现拉伸剩余应力，四周区域则接受紧缩剩余应力。