固有應變

焊接過程中焊縫附近的熱輸入使焊接區域發生熱收縮、熱膨脹，當引發的應力超過彈性極限時，會產生塑性應變。當焊接完畢，構件完全冷卻後，最終的殘餘塑性應變等於溫度上升時產生的壓縮性塑性應變與溫度下降時產生的拉伸性塑性應變的和，這就是焊接固有應變。

固有應變首先是日本學者提出和套用的概念。焊接問題的固有應變是塑性應變、溫度應變和相變應變三者之和。焊接構件經過一次焊接熱循環後溫度應變為零。考慮到焊接的實際情況，焊件局部加熱到很高溫度時，周圍溫度較低的部位不能自由伸長，對加熱部分的熱膨脹產生約束作用，致使焊縫及其附近的高溫區累積了壓縮塑性變形。此外可以認為固有應變僅存在於焊縫及其附近。固有應變是產生殘餘應力和焊接裂紋的原因。若已知固有應變， 也可通過熱彈塑性有限元彈性分析計算出殘餘應力和變形。

基本介紹

• 中文名：固有應變
• 性質：應變
• 屬性：固有
• 國家：日本

固有應變的確定

2.1 固有應變的表達式

在力學分析中，一般應力應變都有六個分量。在焊接過程中，焊件中任何一點的總應變(即變形應變) 由彈性應變 、塑性應變 、熱應變和相變應變 組成，即

定義固有應變為塑性應變、熱應變和相變應變之和，即

於是有

於是引起的彈性應變為

2.2 固有應變的分類

固有應變可分為縱向固有應變、橫向固有應變和角變形固有應變。焊接區域內某點的估戲蒸固有應變在板件的長厚比很大的情況下，縱向固有應變和橫向固有應變最大，起到決定性作用。這兩種固有應變導致了常見的汗捉紋愚焊接變形：縱向收縮、橫向收縮和角變形。

2.3 縱向應變

2.4 橫向應變

2.5 角變形

Tendon Force

Tendon Force是White於1980年提出的概念，其定義為縱向固有應變 的積分值乘以材料室溫時的彈性模量E，即

式中： Tendon Force，可以看到它的概念與前面提到的縱向固有應變的凶應樂總和是一致的，只是乘上了材料室墓汽溫時的彈性模量E，可以理解為室溫時引起工件縱罪船朵向焊接變形的擔棕料應縱向收縮力。在一些實驗分析基礎上得到Tendon Force與焊接線能量的如下公式：

式中： Tendon Force， 為焊接線能量。可以看到焊接線能量要超過285.6J/cm這個門檻值才會引起Tendon Force。將公式除以彈性模量E（取低碳鋼室溫值 ），同樣可以得到縱向固有應變的總和與焊接線能量的關係：

同時由於實際生產中，焊接線能量都較大，遠遠超過所謂門檻值，因此與計算結果是十分接近的。

固有應變法的計算

在ANSYS中，由祖嫌轎於固有應變不能直接作為荷載賦予焊縫及其附近的單元，但軟體提供的各向異性的熱膨脹係數功能使焊縫在縱向和橫向的不同收縮得以實現。因此可以利用軟體提供的各向異性的熱膨脹係數和單位溫度荷載來實現應變的施加。根據給定單位溫度荷載，熱膨脹係數的數值即可求得應變的數值：