随着近年来计算机技术的飞速发展，计算机技术也广泛渗透到焊接中的各个方面，焊接残余应力和变形以及碳弧气刨的数值模拟计算技术也因有限元法的不断完善得到相应的发展，计算机系统对不同焊接方法的数值模拟技术得以实现。在使用计算机系统对焊接过程进行数值模拟的过程中，计算机可以筛选出最好的工艺方法、合适的焊接工艺参数、合理的装配顺序。本文以碳弧气刨过程的特点为基础，运用生死单元技术，建立一个既考虑材料去除又包括电弧热作用的碳弧气刨三维有限元模型，可以更好地分析碳弧气刨对构件焊接残余应力的影响，只要用少量的实验数据来验证数值模拟的可靠性，不需要在实验室做繁多的实验，这样就很大程度上节省了财力物力以及时间，节约生产成本的投入，具有可观的经济效益[4]。

1。2 国内外研究现状

1。2。1 国外研究进展

1。2。2 国内研究进展

1。3 数值模拟的难点

在焊接过程中，由于温度场的变化迅速，金属材料在急剧变化的高温条件下的热物理性能和力学性能等参数呈现严重的非线性，不容易收敛。这样在数值模拟中必须采用更多的迭代次数来实现求解收敛性，得到精确地答案，这也导致了计算量的大幅度增加，计算时间也就大大加长。

焊接过程中由于其温度场和应力场连续变化，是一个动态而连续的过程，为了实现焊接的数值模拟，保证模拟精度，焊接过程分成许多离散的时间步长，将每段时间看做一个瞬时稳态场进行模拟分析。但由于熔合区附近在焊接过程中应力场不断剧烈变化，我们必须将划分更多个网格来保证数值模拟的精确度，这就导致了数目更为庞大的计算量。不仅如此，对长度较大的焊缝划分细密的网格会增加大量的网格单元，构件的自由度也会变多继而导致分析计算无法继续。

三维数值模拟较厚钢板的T型接头的焊接过程时，一般需要模拟填充多道焊缝，对计算机的性能要求比较高，数值模拟的计算结果和实际结果比较接近。另外对于焊接过程中热源模型的选择也至关重要，这需要许多相关实验的数据采集和模拟结果进行对照才可以准确的建立。

高温条件下金属材料的热物理性能是极度非线性的，通过实验获得高温下金属材料的比热容、热导率、屈服强度、密度、线膨胀系数等热物理系数相当困难，这大大加剧了非线性计算的难度。另外，碳弧气刨过程刨削深度大，瞬间输入的能力也大，这给焊接热原模型的选择带来困难。不同种类电弧的热源参数在书籍中没有精确地介绍，这些参数的缺失也给数值模拟带来巨大的困难。

在实际操作中碳弧的气刨清根也很重要，是钢结构施工过程中至关重要的工序之一，重要的压力容器和焊接结构也用碳弧气刨清根。清根质量的好坏关系大工程的成本和精度，还关系到焊缝最后的质量。碳弧气刨清根是，由于构件坡口窄而深，所以经常出现粘渣严重、电弧不稳定等现象，还会形成表面粗糙、深度不均匀以刨槽不规则等缺陷，给焊接的实施带来困难[33]，碳弧气刨过程的温度场变化十分强烈，升温和降温的速率比焊接过程速度快很多，坡口附近存在很大的温度梯度，这些需要更精确地模拟单元，带来更大的计算了，所以碳弧气刨的有限元模型的建立以及模拟过程也是难点之一。来.自^优+尔-论,文:网www.youerw.com +QQ752018766-

1。4 课题的研究内容

分析实验件T型接头如图1-1所示，将T型焊接接头作为模拟分析的标定试件，考虑碳弧气刨和清根的影响，结合“生死单元”技术模拟材料去除现象。进而利用热弹塑性有限元法模拟出T型接头的焊接过程的温度场和应力场，获得焊接残余应力。