作者 | 王苹 哈尔滨工业大学副教授
首发 | 仿真秀APP
导读：焊接残余应力是焊接过程中由于温度梯度、材料相变、冷却收缩等因素引起的，焊接完成后残留在焊件内部的应力。这些应力可能导致焊件的变形、裂纹和性能下降，因此对其进行模拟和分析具有重要意义。焊接残余应力场的模拟是焊接工程领域的一个重要研究方向，它涉及传热学、力学、材料科学等多个学科。
8月22日20日，由仿真秀主办的仿真产学研用系列专家讲座——第13期将邀请哈尔滨工业大学王苹老师在仿真秀官网和APP做《焊接残余应力场模拟，调控及影响》线上报告。将与听众朋友分享如何快速入门残余应力仿真技能？焊接结构为何重点关注残余应力？博览群书就一定能融会贯通、活学活用吗？如何从错误的仿真结果或设置中发现问题所在？希望能引发读者朋友的共鸣，欢迎点击文尾阅读原文报名，支持反复回看，以下是正文：
一、残余应力如何被如此重视？
个人观点（王苹）：焊接残余应力看不到，摸不着，却一致承担着背锅侠的角色，似乎被重视，然而却从未被正视！
本人自2007年读研究生阶段起，在哈工大焊接结构课题组开展了大量的残余应力测试工作，一个项目下来经常是手握几百组残余应力数据，然而越测试越困惑，熬夜加班测应力，测完不知归去来兮！
焊接由于其特殊的成型特征，一道焊缝连接一个构件，然而焊缝是永久伤疤：自带组织/性能非均匀性+焊接残余应力！
在焊接加热/冷却过程中，由于组分偏析、冷却过快、结构刚度约束等因素会产生焊接热裂纹、冷裂纹等缺陷，调控残余应力在一定程度上可以避免这些问题产生，然后不一定是主要责任，优化焊接工艺+调整焊缝组分是避免焊接缺陷的主要手段。
对于服役构件而言，焊接残余应力的作用要分情况讨论，残余应力为自平衡应力，在构件内部拉-压自平衡，循环加载中残余应力是逐渐松弛的，松弛过程取决于外载荷与残余应力的叠加状态。
焊接结构疲劳中考虑残余应力是将构件(接头)做到足尺寸，保留近乎完整的残余应力；而焊接接头脆断的分析中，焊接残余应力可以量化考虑，BS7910标准足矣说明残余应力的重要性。
残余应力场的主控为压缩塑性区，此区间内应力值达到或者超过材料的屈服极限，熔化焊、搅拌摩擦焊等工艺均如此。
焊接变形是焊接残余应力场分布状态与结构刚度平衡的外在表现。
二、焊接结构设计师必备技能
焊接科学与工程专业毕业就可以做结构设计师了吗？答案是：颇难！懂结构力学+焊接工艺的话可以小试牛刀
焊接结构的设计就是焊接接头的设计，既要考虑结构的承载又要考虑焊接的可实施性；焊缝为接头的薄弱区，从服役性能上讲尽可能采用联系焊缝，回避工作焊缝，设计承载焊缝一定要回避力线被打断/分流；所有接头形式中，对接接头优选，借助铸造件或者机加工等形式回避角焊缝；
焊接结构成型后一定要采用热处理方式消除残余应力吗？如果是高强钢或者核电结构需要保障硬度，调控组织，可借助热处理优化性能，若单单为提升结构的疲劳性能，热处理消除残余应力没有明显改善效果。
三、焊接残余应力场模拟公开课
现阶段，焊接残余应力场的模拟多依赖有限元商业软件，开展3D热-力耦合分析。例如，使用ANSYS、MSC-NASTRAN、ABAQUS等软件进行焊接过程的数值模拟，通过建立焊接模型，定义焊接路径和焊接参数，模拟焊接过程中的温度场和应力场变化。这种方法可以较准确地反映焊接残余应力的分布规律。
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