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1 国外厚板数值模拟研究进展

在焊接数值模拟中的应用始于20世纪70年代，日本大阪大学的上田幸雄[6]教授等人首先以有限元法为基础，提出了考虑材料力学性能与温度有关的焊接热弹塑性分析理论，导出了分析焊接应力应变过程的表达式，从而可以分析复杂的动态焊接应力过程。当时运用有限元法成功模拟了大厚度深坡口的多道焊接头的残余应力分布形态，发现在最后一层焊道表面的下方出现最大残余应力。Iwaki编制了可用于分析板平面堆焊热应力的二维有限元程序，之后Muraki对它进行了突破性改进，使用改进后的程序，可以对对接焊和平板堆焊过程进行热应力分析。Ueda[7]等在研究厚板多层多道焊使用了简化模型研究发现，只要分析最后几道焊道便可以计算出较为准确的残余应力和分布。有限元技术在八十年代发展完善，对焊接残余应力的分布规律和焊接变形人们有了更加深入的认识。九十年代，S。Murugan[8]等人对厚板多层多道焊接板厚不同时焊后温度分布情况作了研究，可以准确的预测出多个焊道时构件多处的最高温度值。Y。Shim[9]建立了厚板多层多道焊模型研究了沿厚度方向上的应力分布情况，模拟结果和试验数据非常吻合。进入二十一世纪，Palumbo、L。Tricarico等[10]通过二维和三维模型模拟了弯曲成形和矫正之后的管线钢变形和应力分布，模拟结果和试验结果较为吻合。丹麦的Lars Fuglsang Andersen[11]在研究残余应力时采用了基于增量的钻孔技术试验方法，估算了厚板焊接残余应力沿厚度方向的分布情况。2011年，Myong[12]等人考虑了结构临界失稳状态下的特征值，建立了高温应力应变效应的热弹塑性本构模型，对焊接构件进行了全面系统性的机理研究和分析。86152

2 国内厚板数值模拟研究进展

国内在厚板多层多道焊数值模拟计算方面起步较晚。20世纪80年代清华大学的鹿安理和史清宇[13]等在焊接模拟过程采用网格自适应技术建立了三维模型，简单研究了厚板焊接时试件的温度场和应力场分布。我国计算机技术在九十年代迅速发展，三维模拟技术也因此得到提高，模型的建立更加细致和精确，更加接近实际的焊接情况，所以在分析物理本质时便更加的精准全面。论文网

进入二十一世纪，对大厚板的模拟研究更进一步。2000年董俊慧、霍立兴和张玉凤[14]研究管道环焊缝的残余应力时建立了二维和三维模型并比较了两者的模拟结果，结果显示，虽然数值大小有部分差别但两者在分布规律上是一致的。2004年，华中科技大学研究生梁晓燕[15]毕业论文基于ANSYS平台，建立了二维和三维模型，动态模拟了中厚板对接多道焊的温度场和应力场的分布，与试验结果吻合。论文中在不影响精度的情况下为了简化算法，将焊缝部分的单元热物理参数与其他部分取为一致，并运用了生死单元技术实现了多道焊焊缝填充的动态过程。2006年，大连交通大学硕士研究生李华[16]在模拟10mm厚V型坡口钢板MAG焊时发现，焊缝及近缝区为拉应力并随着远离焊缝逐渐变为压应力；最大横向和纵向残余应力出现在焊缝中心位置，沿焊缝纵向的残余应力均高于横向应力。

2007年，天津大学硕士研究生李慧娟在[17]毕业论文中用ANSYS软件模拟计算了厚板多道焊焊接过程的应力应变，并与试验结果比较发现，纵向残余应力和横向残余应力在焊接方向上呈现中间为拉应力两端为压应力的分布，并且在起始和结束段分别出现峰值，在垂直焊缝方向上都在焊缝区域出现最大拉应力。同年，Dean Deng[18]等人在研究中厚壁管多道焊残余应力和温度场时采用试验结果和二维轴对称有限元模型结果对比的方法，得到比较满意的结果。他们发现，焊缝区的残余应力值明显较大；热处理和矫直过程造成的初始残余应力在焊前仍留在管道内。 (责任编辑：qin)