结构钢焊接角变形动态过程研究

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焊接角变形动态过程研究是预测和控制角变形的基础，对于提高钢结构制造质量具有重要的理论及实际意义。本文以低碳钢对接接头角变形动态过程试验数据为基础，系统研究了焊接角变形过程中的动力学特征，深入分析了焊接角变形动态过程及影响因素，探讨了残余角变形的预测及控制方法。通过低碳钢对接焊角变形动态过程测量试验，获得了不同工件尺寸及工艺参数条件下角变形量随时间变化的曲线，掌握了单层焊和多层多道焊角变形的基本规律，为研究焊接角变形产生机理及动态过程建模提供了数据支持。构建了对接接头角变形动力学分析模型，对焊接角变形动态过程中角速度以及角加速度随时间的变化规律进行了研究，分析了焊接过程各个阶段的角变形驱动力及作用机制。研究了焊接角变形驱动力的本质，分析了角变形过程中构件刚度的变化规律及对角变形的影响，建立了考虑工件刚度变化的角变形分析模型。研究了焊接过程中角变形的构成及叠加行为，提出焊缝瞬时体积变化在周围金属约束下产生的横向应力是角变形产生的力学根源。建立了基于焊缝金属体积随温度变化的角变形分析模型，分析了热胀冷缩效应以及高低温相变对焊接角变形动态过程的影响。研究结果表明，热胀冷缩效应是形成角变形的主导因素，首层焊缝的角变形动态过程同时受到高温相变和低温相变的影响，而其它层焊缝仅受低温相变的影响。模拟研究了焊缝形状及刚度等因素对角变形动态过程的影响，验证了角变形动态过程分析模型的正确性。分析了对接接头残余角变形形成机制及预测方法，在试验结果和理论分析基础上，提出了考虑焊缝长度和相变影响的多层多道焊接残余角变形计算方法，有效提高了角变形的预测精度。研究了刚性约束对焊接角变形的影响，采用数值模拟计算分析了约束力与约束位置的关系，为工程实践中采用刚性约束进行角变形控制提供了指导。

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