1. 研究目的与意义（文献综述）

焊接是通过加热、加压或两者并用的方法将两个分离的固态物体产生原子（分子）间结合力而形成永久性连接的工艺，是现代工业生产中很广泛的一种连接金属的工艺方法，主要用来制造各种金属结构和机器零部件。而焊接是一个局部的迅速加热和冷却过程，焊件受到不均匀的加热，焊接区由于受到四周工件本体的拘束而不能自由膨胀和收缩，冷却后在焊件中便产生焊接应力和变形。例如在平板对焊过程中，由于对焊件进行局部加热，焊缝加热到很高温度，离焊缝越远，被加热的温度越低，由于金属材料热胀冷缩特性，焊件各区域因温度不同将产生大小不等的纵向膨胀，但钢板是一个整体，各区域金属不可能自由伸长而不受周围金属的阻碍，钢板端面只能比较均衡地伸长，于是高温区金属受到压应力而低温区受到拉应力。焊后冷却时，受热金属收缩，同样的道理，不同温区的金属收缩量基本一样而使焊缝区(高温区)受拉应力，两边金属(低温区)受压应力并相互平衡。这些应力焊后残余在构件内部，称为“焊接残余应力”，简称焊接应力。焊件由此产生各种焊接变形，如收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪形变形及扭曲变形等^[1]。

焊接变形不仅影响焊接结构的制造精度，而且对结构的服役性能产生重大影响。焊接变形一直是焊接领域广泛关注和研究的重要课题之一。为此广大焊接工作者开展了长期、大量深入的研究工作，取得许多重要成果，并在焊接结构生产中得到了广泛应用。但是由于焊接过程的复杂性及影响因素较多，因而准确获得焊接应力和变形的分布规律并加以调节和控制相当困难，不少学者由实验得出很多工程应用的经验公式，但都只能解决一些较为简单的问题。而数值分析方法和计算机技术为解决焊接应力与变形问题提供了可行途径^[2]。随着焊接热力模拟理论的不断展，有限元技术的引入和计算机技术的发展，极大地促进了焊接残余应力和变形模拟研究的进步^[3]。

数值模拟的方法有很多种，如差分法、有限元法、数值积分法、蒙特卡洛法等。特别是有限元法，现己广泛的用于焊接热传导、焊接热弹塑性应力和变形分析的研究^[4]。但是以前，用有限元的方法进行数值模拟，都是自己编写计算机程序。虽然对于某一特定问题进行编程计算时，各种问题可以进行灵活处理，不受任何限制，但工作人员的大部分时间都浪费在编写程序，以及采用各种方法尽量加快程序计算的速度上。随着计算机软、硬件的发展，计算机的速度、容量的大大提高，现在已有了许多性能较好，使用性广泛的有限元程序软件如:ansys, marc, adina等等，这为研究人员提供了很好的模拟计算工具。

2. 研究的基本内容与方案

1 基本内容

由于焊接是一种局部高能量密度的热输入过程，所以焊后不可避免地要产生焊接残余应力和变形。焊接变形对构件的尺寸精度以及结构的稳定性有很大的影响， 同时矫正变形也需要很高的技能和花费大量人力和物力。因此准确预测焊接变形以便采取措施控制和减少变形，不仅具有重要的理论研究价值而且也是生产中亟待解决的问题。平板焊接是工程结构焊接的基础，对平板焊接变形的模拟研究可以为实际工程中各种复杂的焊接变形的有限元计算提供理论依据。

运用ansys平台对平板对接过程进行模拟，分析焊接温度场、应力场和焊接变形，最后同归实验加以验证。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献，完成开题报告。

第4-5周：选定并学习相关有限元分析软件：前处理器、求解器、后处理器。

第6-8周：确定平板的焊接变形的计算流程、模型几何参数、焊接参数和热源模型等。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 方洪渊. 焊接结构学[m]. 北京: 机械工业出版社, 2008

[2] 张建强, 赵海燕, 吴建, 鹿安理, 蔡志鹏. 焊接过程三维应力变形数值模拟研究进展[j]. 焊接学报, 2003, 24(5): 91-96

[3] 董航海, 刘建华, 杜汉斌, 吴祥兴. 焊接应力应变与变形的数值研究进展[j]. 电焊机, 2003, 33(9): 15-18