基于相变诱导塑性Satoh试验的有限元模拟

第２９卷第３期焊接学报Ｖ０１．２９Ｎｏ．３２００８年３月ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳＯＦＴＨＥＣＨＩＮＡＷＥＬＤＩＮＧＩＮＳＴＩＴＵＴＩＯＮＭａｒｃｈ２００８

基于相变诱导塑性Ｓａｔｏｈ试验的有限元模拟

刘俊龚，陆皓，陈俊梅，刘锦阳

（上海交通大学材料科学与工程学院，上海２００２４０）

摘要：通过将相变诱导塑性应变增量引入到总应变增量的分解式中，建立了温度一

组织一应力耦合计算的有限元模型。在此基础上，以９ＣｒｌＭｏ钢作为研究对象，对其

Ｓａｔｏｈ试验进行了有限元模拟，对温度一组织～应力耦合计算以及传统的热弹塑性计算

结果进行了对比分析。结果表明．无论在应力的演变上，还是在残余应力水平上，两种

计算得到的结果均存在较大差异。由于忽略相变的影响，热弹塑性计算得到的结果无

法反映在相变过程中所发生的应力“松弛”现象，与实际结果偏差较大。准确地对焊接

应力应变进行预测，需要通过温度一组织一应力耦合考虑相变的影响。

关键词：相变诱导塑性；温度一组织一应力耦合计算；Ｓａｔｏｈ试验

中图分类号：ＴＧ４０４文献标识码：Ａ文章编号：０２５３—３６０Ｘ（２００８）０３—０１０５—０４刘偿垄

０序言

在整个焊接热循环中，材料不可避免的会发生组织转变，对整个结构的温度场以及应力应变场的分布都会产生影响。准确地对焊接应力应变进行预测，需要在传统热弹塑性计算的基础上，考虑组织转变的影响。在此方面，国外的研究者已经进行了大量的研究。例如Ｌｅｂｌｏｎｄ等人［１，２］提出了由于相变导致的塑性应变（相变诱导塑性耶口）的本构方程，并在此基础上建立了可以耦合考虑温度一组织一应力三者关系的本构模型。在Ｌｅｂｌｏｎｄ模型基础上，研究者开发了相应的计算软件——ｓＹＳＷＥＬＤ；又如，Ｒｏｎｄａ等人口Ｊ对焊接过程利用热一粘塑性模型和温度一组织一应力耦合模型进行对比计算。

通过将相变诱导塑性应变增量引入到总应变增量的分解表达式中，建立了可以进行温度一组织一应力耦合计算的有限元模型。在此基础上．以９ＣｒｌＭｏ钢为研究对象，对Ｓａｔｏｈ试验进行了有限元模拟。通过对比耦合计算与热弹塑性计算的结果，考察相变所具有的影响。

１温度一组织一应力耦合计算模型

１．１应力应变本构方程

温度一组织一应力三者之间的相互耦合关系如

收稿日期：２００７一ｌｌ—ｌＯ

基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０４７５０２１。１０４７２０６６）

图１所示。

图１温度一应力一组织三者之间的耦合关系

Ｆ哂．１Ｃｏｕｐｌｅｄｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｓｔｒｅｓｓ

文中认为总应变增量ｄｅｉｉ可以加和分解为相应的弹性应变增量ｄｅ；，塑性应变增量ｄｅ０，相变塑性应变增量ｄｅ矿以及热应变增量ｄ￡乎，即存在如下表达式‘

ｄｅｉｊ＝ｄ￡；＋ｄｅ；＋ｄ￡尹＋ｄｅ乎（１）采用屈服准则，屈服函数为

厂丁一

Ｆ＝，（Ｒｏ’）一Ｒ。Ｌ＝√号ｓｉｊｓｑ—Ｒ。Ｌ＝０（２）式中：ＲｅＬ表示材料的屈服强度；ＲＯ为应力张量；ｓⅣ为偏应力张量。对于多相材料，认为其为各组成相屈服强度的平均值，即

尺。Ｌ：∑ｆ，ＲｉｏＬ，∑Ｚ：１

（３）

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