1、焊接过程数值计算的发展
关于焊接过程的数值计算，苏联的学者通过对焊接过程中的传热问题所进行的探讨研究，最先建立了一套焊接热传学的理论基础，同时把焊接热源简化为点、线、面三种形式的理想热源，对热传导的微分方程进行了求解[4]。但是这套理论体系忽略了焊接材料的热物理性质会随温度的变化而发生相应的改变，实际焊接过程中，除了金属的相变等现象之外，还要考虑传热过程中由于材料热物理性能的变化所造成的严重非线性[5]。了解到这一局限性之后，国内外开始针对热传导微分方程做了大量的试验，进行验证整理归纳，最后建立了不同材料、不同焊接线能量以及不同厚度等不同情况下的多个焊接热传导微分公式[6]。上世纪90年代开始，使用有限元法对焊接温度场的计算程序，已经可以对单、双层U、V型坡口的焊接温度场进行分析，证实了有限元法可以用于研究焊接温度场。随后，引发了国际上许多学者对这一领域的研究工作[7]。1981年，唐慕尧等人[8]通过编制有限元对热传导的分析程序，使用线性计算的方法对薄板焊接准稳态温度场进行了分析计算发现，使用该分析程序进行的计算分析结果与实际测试的结果一致。紧接着，陈楚[9]等人对使用有限元的方法对非线性热传导问题进行了分析，编制程序，建立焊接温度场计算模型，同时在程序中考虑到了材料热物理性能随温度的变化所产生的变化和表面散热等情况，通过测试验证，该程序可以针对固定热源和移动热源、薄板和厚板等多种不同焊接条件进行有限元分析。由于焊接过程三维模拟的复杂性，国内外对三维问题的研究还比较有限。汪建华等人[10-11]通过对一系列的焊接问题进行三维焊接温度场有限元分析，探讨了三维焊接温度场问题的有限元计算方法并提出一些关于提高计算精度的方法。蔡洪能等人[12]在进行数值模拟A3钢板的焊接温度场时，建立了一套三维瞬态非线性热传导问题的有限元程序，以分析节点热焓和建立表面双椭圆分布热源模型的方式来进行焊接温度场的计算，所建立的表面双椭圆分布热源模型见图1-1所示，通过验证发现，得到的结果与试验测量的结果吻合。
2、焊接应力的研究进展
焊接过程中所产生的焊接残余应力是引起焊接结构应力腐蚀裂纹的最重要的一个因素。焊接残余应力即，在焊接过程中，相变应力、加工应力、热应力等超过屈服极限，导致焊接冷却后焊件中留有未能消除的应力。通常情况下，焊接残余应力场主要取决于材料的几个因素：材料性质、材料的结构尺寸、焊接热过程和外部约束条件。焊接残余应力以及变形会对焊接材料的疲劳强度、静载强度、结构稳定性和机械加工过程中的加工精度等都会有相当不利的影响，会造成焊接结构局部塑性变形，丧失进一步承受外载荷的能力，结构的有效截面积减小，有可能造成结构早期破坏，结构的刚度、疲劳强度降低等问题[13]。
对焊接过程中应力应变的分析研究工作早在上个世纪三十年代就已经开始进行了，但在那个年代，研究工作主要只是一些简单定性的和实测性的研究，直到五十年代末六十年代初，有些著作开始比较系统地讨论结合实际焊接构件的计算研究，关于这一方面的探讨研究的文章也大量出现。
目前为止，在研究焊接残余应力的领域上，主要的研究方法有试验测试和数值计算两种。试验测试测量焊接残余应力的方法有很多种，但具有局限性，要通过大量的实测试验，费时费力。首先，应力释放法需要专门的设备，同时对焊接件具有一定的破坏性，比如小孔法等，其原理是先在要测量残余应力的位置上粘贴应变片，接着在应变片中心钻孔以释放应力，应力释放的同时会导致结构发生应变，可以通过应变片测量到的数值，根据应力应变关系就可以计算出残余应力，这种方法是应力释放法中破坏性最小的[14]；其次，无损检测方法一般来说对焊接构件不会造成破坏，但是试验只能测量局部位置的残余应力，不能反映整个焊接件任意区域位置的应力状态，且受到设备状态、操作状态和环境因素的影响，具有随机性，如衍射方法等，其基本原理是根据布拉格原理，当与晶格间距相当的波长的波射到晶体时，晶体表面会进行衍射，可以通过衍射波的方向和波长来计算衍射晶格间距，晶格间距会因为应力的影响发生变化，通过测量晶格间距的变化量可以得到材料的应变，从而计算材料中的应力[15]；第三，试验测量结果只能反映焊接后的残余应力，不能反映焊接过程中的应力演化，对于多道焊，不能分析各道焊接对于残余应力的影响和贡献大小，从而难以通过试验测得的残余应力来进行焊接过程优化。此外，试验测量的结果只能是针对特定焊接件的结果，不能直接应用于其它焊接件上的分析。由此说明，采用试验方法研究焊接残余应力不仅花费大量的时间，也浪费大量的人力物力，且由于穿透性差，不能进行现场实时测量，具有破坏性等一系列问题和其自身的特点，无法胜任测量重要部位焊接接头焊接残余应力的工作，慢慢地被新的技术所取代。如今，数值计算已经逐渐成为了另一种更加强大有效的方法。 焊接过程数值焊接应力研究现状:http://www.youerw.com/yanjiu/lunwen_205171.html