铝合金骨架焊接变形数值模拟

发布时间：2017-06-25 01:13

  本文关键词：铝合金骨架焊接变形数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：焊接变形预测是材料加工专业的研究难点之一，特别是铝合金骨架的焊接变形研究，由于铝合金材料热膨胀系数大，工件焊接和冷却后会产生比其他材料更大的变形。如果控制不好，会影响焊接结构的承载能力和服役寿命。本文结合实际课题，展开铝合金骨架焊接变形数值模拟研究，预测焊接变形量，分析不同焊接工艺对变形量的影响规律。 由于焊缝短，残余塑性应变集中在焊缝附近相对很小的范围内，骨架其它部分的变形则为弹性变形。论文根据固有应变方法，将焊缝的残余塑性应变和应力模拟从整个结构变形计算中分离出来。在考虑焊接温度、焊接速度、材料冶金机械性能等参数下，对细化的焊缝区三维实体有限元模型进行局部塑性应变计算，然后把得到的局部残余塑性应变和焊缝刚度，利用宏单元技术转换到整体壳单元模型中，对骨架整体变形做出预测。该方法既能较准确预测出整体变形，又简化计算过程。 针对铝合金骨架组装焊接中，局部接头主要为对接接头、T型接头、十字接头的实际情况，论文首先对三种典型接头的焊接过程进行了研究。得到了其焊接过程的应力应变分布规律，焊接速度、有无坡口对焊接残余应力和变形的影响规律。研究结果表明：残余应变主要集中于焊缝和焊缝附近区域，远离焊缝区域残余应变几乎为零；在焊接电压、电流不变的情况下，通过提高焊接速度可以提高焊接生产效率，但是焊接速度过快，会造成残余应力增大以及未熔合、未焊透的缺陷；T型接头和十字接头在焊趾处存在较大的应力集中现象，通过开坡口能减小T型接头和十字接头的应力集中现象。 应用上述研究结果，对铝合金骨架的整体变形量进行了模拟研究，，得到了不同焊接顺序对整体骨架变形的影响规律。结果表明，从中心到两侧的对称焊接顺序，能够使一部分变形相互抵消，从而减小整体骨架变形，因此焊接顺序的优化是影响骨架变形的重要因素。 在骨架整体焊接装配方面，本文进行了正常骨架组装和分块式反装两种技术的对比模拟和实验研究。分块式反装采用工装夹具将局部骨架进行刚性固定后进行焊接，然后再将几个局部模块焊接组装。对比研究结果表明，分块式反装技术能够大大减小整体骨架的焊接变形量。可见采用合理的装配和约束方案也能减小焊接变形。
【关键词】：铝合金 焊接变形 数值分析 固有应变法
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TG404
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 选题背景和意义10-11
• 1.2 焊接变形的预测方法11-12
• 1.3 国内外铝合金焊接变形的研究现状12-16
• 1.3.1 国外研究发展动态12-13
• 1.3.2 国内研究发展动态13-15
• 1.3.3 存在问题15-16
• 1.4 论文主要研究内容16-17
• 第二章 铝合金焊接变形理论分析17-29
• 2.1 铝合金焊接性分析17-18
• 2.1.1 铝合金焊接性能17
• 2.1.2 铝合金 MIG 焊分析17-18
• 2.2 焊接变形研究18-22
• 2.2.1 产生机理、影响因素18-19
• 2.2.2 分类19-22
• 2.3 焊接传热分析22-26
• 2.3.1 传热基本公式22-24
• 2.3.2 热源模型24-26
• 2.4 焊接热弹塑性有限元理论26-28
• 2.4.1 基本假设26
• 2.4.2 本构方程26-27
• 2.4.3 平衡方程27-28
• 2.4.4 求解过程28
• 2.5 焊接变形模拟软件简介28-29
• 第三章 有限元分析模型的建立29-36
• 3.1 材料性能参数29-32
• 3.2 材料模型定义32-34
• 3.3 铝合金骨架模型34-36
• 第四章 典型局部接头的数值分析36-57
• 4.1 对接接头36-46
• 4.1.1 对接接头模型和焊接工艺参数36-37
• 4.1.2 初始条件和边界条件37-38
• 4.1.3 热源校核38
• 4.1.4 温度场模拟38-41
• 4.1.5 残余应力和应变41-44
• 4.1.6 焊接速度选择44-46
• 4.2 T 型接头46-50
• 4.2.1 T 型接头模型和焊接工艺参数46
• 4.2.2 初始条件和边界条件46-47
• 4.2.3 温度场模拟结果47-48
• 4.2.4 残余应力和应变48-49
• 4.2.5 坡口影响49-50
• 4.3 十字型接头50-57
• 4.3.1 十字接头模型及焊接工艺参数50-51
• 4.3.2 初始条件和边界条件51
• 4.3.3 温度场模拟51-54
• 4.3.4 残余应力和应变54-55
• 4.3.5 坡口影响55-57
• 第五章 整体骨架焊接变形数值分析57-68
• 5.1 模型建立及焊接方案57-58
• 5.2 方案一焊接变形分析58-63
• 5.3 方案二和方案三焊接变形分析63-66
• 5.4 三种方案对比分析66-68
• 第六章 铝合金骨架焊接变形的实验研究68-76
• 6.1 动态应变测量68-73
• 6.1.1 动态应变测量及数据采集系统68-69
• 6.1.2 应变测量结果69-71
• 6.1.3 测量结果分析71-73
• 6.2 骨架三维变形测量73-76
• 第七章 结论及展望76-78
• 参考文献78-83
• 致谢83

【参考文献】

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本文编号：480243