基于数值仿真的地铁铝合金地板FSW焊接工艺研究
发布时间：2021-07-21 09:59
搅拌摩擦焊作为新兴的焊接工艺,因其环保与焊后变形量较小等优势,在现代轨道交通制造中得到广泛应用。铝合金地板是地铁构件中对平整度要求较高的大型结构,在传统生产中常采用MIG焊进行生产制造。但因MIG焊存在着生产效率较低,且焊后变形量较大等问题,近年来逐渐采用搅拌摩擦焊进行铝合金地板生产制造。虽然搅拌摩擦焊在变形控制上与传统弧焊相比有着一定优势,但在焊接过程中仍存在着局部不均匀加热过程,并带来焊后变形问题,如何进一步优化工艺,来更有效地控制焊接变形成为生产中的重中之重。本文基于数值仿真方法,研究了地铁铝合金地板搅拌摩擦焊焊接变形规律,以及面向变形控制的焊接工艺优化方案,为某型号地板搅拌摩擦焊焊接变形控制提供了理论与技术支持。首先,分别建立了 6005A-T6铝合金地铁地板搅拌摩擦焊的局部与整体有限元模型。在建立的组合热源数学模型基础上,采用顺序热力耦合方法,对典型地板局部结构进行三维热弹塑性有限元分析,提取结果并计算收缩应变;然后利用收缩应变法对地铁整体铝合金模型进行弹塑性计算,得到地铁地板结构的焊接变形结果。之后将数值仿真与实际测量结果进行了分析对比,结果表明:模拟计算得到的焊接变形趋势...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＦＳＷ技术示意图［４］??Ｆｉｇ．?１．１?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＦＳＷ?ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ??
??大连交通大学工学硕士学位论文???Ｏ?……????广一．心—?Ｌｏｗ?ｎ，ｓｂ??ｗ〈?／＾??Ｈｉ〇ｈ?ｎ＾ｓｉｉ??Ｋ?，；＼?Ｊ?，Ｒｉｂｈ‘’＂＇１，、ｈ，??Ｅｈ?二．＾‘．．．．?ｕｉｉ??图１．２根部未熔合?图１．３飞边缺陷??Ｆｉｇ．?１．２?Ｒｏｏｔ?ｎｏｔ?ｆｕｓｅｄ?Ｆｉｇ．?１．３?Ｆｌａｓｈ?ｄｅｆｅｃｔ??Ｗｉｌｌｉａｍ?Ｊ．?Ａｒｂｅｇａｓｔ［３４］等人建立了基于耦合欧拉拉格朗日方法的搅拌摩擦焊三维耦??合热机械有限元模型。通过将预估的焊接温度、焊缝区域形状和缺陷尺寸与实验数据的??比较，验证了该模型的有效性。结果表明，模拟焊接温度与实测数据有较高的吻合度。??该模型还可以较准确地预测焊缝的塑性区形状与焊缝中存在的空洞状缺陷，但高估了缺??陷的尺寸大校该模型还针对焊接工艺参数与刀具形状对ＦＳＷ的影响展开研宄，结果??表明，当焊接速度较低或者搅拌头转速较高时，有利于控制焊接产生的空洞状缺陷。此??夕卜，与光滑的搅拌针相比，具有螺纹的搅拌针可以提高材料塑性流动能力，实现无缺陷??焊接。??Ｍ．?Ｈｏｓｓｆｅｌｄ＿采用耦合欧拉－拉格朗日（ＣＥＬ）方法对整个ＦＳＷ过程进行建模。利用??有限元软件ＡＢＡＱＵＳ?Ｖ６．１２版本中给出的ＣＥＬ公式，建立了耦合热力三维有限元模型。??验证了温度尝焊缝形成和缺陷形成可能性的计算结果。其建立的有限元模型的主要优??点是具有较大的变形能力、材料流动能力，并可以体现毛刺孔隙形成过程以及自由表面??跟踪的能力。同时也指出在使用库仑定律时，因为库仑定律假设摩擦力与法向力严格成??正比，与实际接触面积无关，也与法向力的大小无
第一章绪论??ＴＬＭＰＭＡＶＯ?＾?－７１■丨??ＩｆＬ＿Ｆ??图１．４温度及金相组织检验??Ｆｉｇ．?１．４?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｎｉｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａｌ?ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ??ｒｉ－：ｉ?ｙ?ＶＡＶ（ｉ?１１?１?－?—????７５％）??ｆｆｌ：？?????■：?〇．〇°?…．一??图１．５?ＦＳＷ隧道缺陷及金相示意图??Ｆｉｇ．?１．５?Ｖｏｉｄ?ｆｏｍｉａｔｉｏｎ?ａｔ?ｔｈｅ?ｂｏｔｔｏｍ?ｂｅｈｉｎｄ?ｔｈｅ?ｔｏｏｌ?ａｎｄ?ｎｉｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａｌ?ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ．??■■?ｒ；?．＊■?＼：?－?－?－ｖｊｙ＂－?．．．．．．??．Ｋｆ热繁劇：：－ｒｒ：，：．＊ｒｒｆ?：：??，—？一、一??－ｋ??丨?、…會??气：，＇?ＵｊｉＶ?心??图１．６速度场矢量图??Ｆｉｇ．?１．６?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｖｅｃｔｏｒｓ?ｏｆ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ??１．２．２．３搅拌摩擦焊应力变形研究进展??在传统熔焊过程中，由于材料局部受不均匀的加热过程和工装夹具对其的约束作用，??焊缝及周围区域会产生复杂的热应力和机械应力，而搅拌摩擦焊也会存在此类问题。一??般认为，ＦＳＷ焊接残余应力是材料在摩擦搅拌、温度变化、材料固态过程中产生的。与??传统焊接工艺中用于固定零件的夹具相比，ＦＳＷ采用的刚性夹具对焊接板的约束要高??得多。这些约束在纵向和横向上都阻碍了熔核与热影响区在冷却过程中的收缩，从而产??生纵向和横向应力。残余应力的存在对焊缝后的力学性能，特别是对工件的疲劳性能有??很大的影响。因此，研宄ＦＳＷ焊缝的残余
【参考文献】：
期刊论文
[1]构架环形多道焊变形仿真与焊序选优[J]. 傅利斌,杨鑫华,任瑞铭. 焊接学报. 2012(03)
[2]搅拌摩擦焊接的热力耦合分析模型[J]. 鄢东洋,史清宇,吴爱萍,JUER GEN Silvanus,张增磊. 机械工程学报. 2010(16)
[3]Numerical simulation of the welding deformation for the side sill of the bogie frame based on local-global method[J]. 杨鑫华,王春生,常力,李娅娜,兆文忠. China Welding. 2007(04)
[4]铝合金车体制造关键技术研究[J]. 王炎金,丁国华. 焊接. 2007(07)
[5]摩擦搅拌焊接工艺在铁道车辆上的应用(二)[J]. 高井英夫,彭惠民. 国外机车车辆工艺. 2006(01)
[6]摩擦搅拌焊接工艺在铁道车辆上的应用(一)[J]. 高井英夫,张耀宏. 国外机车车辆工艺. 2005(03)
[7]铝合金车体制造技术在中国的发展现状和展望[J]. 王炎金,丁国华,王俊玖. 焊接. 2004(10)
[8]三维瞬态焊接温度场的有限元模拟[J]. 汪建华,戚新海,钟小敏. 上海交通大学学报. 1996(03)
博士论文
[1]6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能研究[D]. 董鹏.吉林大学 2014
硕士论文
[1]铝合金搅拌摩擦焊热—力学过程仿真与应用[D]. 李程锦.大连交通大学 2017
[2]城轨铝合金车体侧墙搅拌摩擦焊技术研究[D]. 李红.哈尔滨工业大学 2014
[3]搅拌摩擦焊温度场数值模拟研究[D]. 陈婷.东北大学 2012
[4]塑性力学变分原理及其应用[D]. 王丁伟.哈尔滨工程大学 2007
本文编号：3294811
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．１?ＦＳＷ技术示意图［４］??Ｆｉｇ．?１．１?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＦＳＷ?ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ??
??大连交通大学工学硕士学位论文???Ｏ?……????广一．心—?Ｌｏｗ?ｎ，ｓｂ??ｗ〈?／＾??Ｈｉ〇ｈ?ｎ＾ｓｉｉ??Ｋ?，；＼?Ｊ?，Ｒｉｂｈ‘’＂＇１，、ｈ，??Ｅｈ?二．＾‘．．．．?ｕｉｉ??图１．２根部未熔合?图１．３飞边缺陷??Ｆｉｇ．?１．２?Ｒｏｏｔ?ｎｏｔ?ｆｕｓｅｄ?Ｆｉｇ．?１．３?Ｆｌａｓｈ?ｄｅｆｅｃｔ??Ｗｉｌｌｉａｍ?Ｊ．?Ａｒｂｅｇａｓｔ［３４］等人建立了基于耦合欧拉拉格朗日方法的搅拌摩擦焊三维耦??合热机械有限元模型。通过将预估的焊接温度、焊缝区域形状和缺陷尺寸与实验数据的??比较，验证了该模型的有效性。结果表明，模拟焊接温度与实测数据有较高的吻合度。??该模型还可以较准确地预测焊缝的塑性区形状与焊缝中存在的空洞状缺陷，但高估了缺??陷的尺寸大校该模型还针对焊接工艺参数与刀具形状对ＦＳＷ的影响展开研宄，结果??表明，当焊接速度较低或者搅拌头转速较高时，有利于控制焊接产生的空洞状缺陷。此??夕卜，与光滑的搅拌针相比，具有螺纹的搅拌针可以提高材料塑性流动能力，实现无缺陷??焊接。??Ｍ．?Ｈｏｓｓｆｅｌｄ＿采用耦合欧拉－拉格朗日（ＣＥＬ）方法对整个ＦＳＷ过程进行建模。利用??有限元软件ＡＢＡＱＵＳ?Ｖ６．１２版本中给出的ＣＥＬ公式，建立了耦合热力三维有限元模型。??验证了温度尝焊缝形成和缺陷形成可能性的计算结果。其建立的有限元模型的主要优??点是具有较大的变形能力、材料流动能力，并可以体现毛刺孔隙形成过程以及自由表面??跟踪的能力。同时也指出在使用库仑定律时，因为库仑定律假设摩擦力与法向力严格成??正比，与实际接触面积无关，也与法向力的大小无
第一章绪论??ＴＬＭＰＭＡＶＯ?＾?－７１■丨??ＩｆＬ＿Ｆ??图１．４温度及金相组织检验??Ｆｉｇ．?１．４?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｎｉｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａｌ?ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ??ｒｉ－：ｉ?ｙ?ＶＡＶ（ｉ?１１?１?－?—????７５％）??ｆｆｌ：？?????■：?〇．〇°?…．一??图１．５?ＦＳＷ隧道缺陷及金相示意图??Ｆｉｇ．?１．５?Ｖｏｉｄ?ｆｏｍｉａｔｉｏｎ?ａｔ?ｔｈｅ?ｂｏｔｔｏｍ?ｂｅｈｉｎｄ?ｔｈｅ?ｔｏｏｌ?ａｎｄ?ｎｉｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａｌ?ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ．??■■?ｒ；?．＊■?＼：?－?－?－ｖｊｙ＂－?．．．．．．??．Ｋｆ热繁劇：：－ｒｒ：，：．＊ｒｒｆ?：：??，—？一、一??－ｋ??丨?、…會??气：，＇?ＵｊｉＶ?心??图１．６速度场矢量图??Ｆｉｇ．?１．６?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｖｅｃｔｏｒｓ?ｏｆ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ??１．２．２．３搅拌摩擦焊应力变形研究进展??在传统熔焊过程中，由于材料局部受不均匀的加热过程和工装夹具对其的约束作用，??焊缝及周围区域会产生复杂的热应力和机械应力，而搅拌摩擦焊也会存在此类问题。一??般认为，ＦＳＷ焊接残余应力是材料在摩擦搅拌、温度变化、材料固态过程中产生的。与??传统焊接工艺中用于固定零件的夹具相比，ＦＳＷ采用的刚性夹具对焊接板的约束要高??得多。这些约束在纵向和横向上都阻碍了熔核与热影响区在冷却过程中的收缩，从而产??生纵向和横向应力。残余应力的存在对焊缝后的力学性能，特别是对工件的疲劳性能有??很大的影响。因此，研宄ＦＳＷ焊缝的残余
【参考文献】：
期刊论文
[1]构架环形多道焊变形仿真与焊序选优[J]. 傅利斌,杨鑫华,任瑞铭. 焊接学报. 2012(03)
[2]搅拌摩擦焊接的热力耦合分析模型[J]. 鄢东洋,史清宇,吴爱萍,JUER GEN Silvanus,张增磊. 机械工程学报. 2010(16)
[3]Numerical simulation of the welding deformation for the side sill of the bogie frame based on local-global method[J]. 杨鑫华,王春生,常力,李娅娜,兆文忠. China Welding. 2007(04)
[4]铝合金车体制造关键技术研究[J]. 王炎金,丁国华. 焊接. 2007(07)
[5]摩擦搅拌焊接工艺在铁道车辆上的应用(二)[J]. 高井英夫,彭惠民. 国外机车车辆工艺. 2006(01)
[6]摩擦搅拌焊接工艺在铁道车辆上的应用(一)[J]. 高井英夫,张耀宏. 国外机车车辆工艺. 2005(03)
[7]铝合金车体制造技术在中国的发展现状和展望[J]. 王炎金,丁国华,王俊玖. 焊接. 2004(10)
[8]三维瞬态焊接温度场的有限元模拟[J]. 汪建华,戚新海,钟小敏. 上海交通大学学报. 1996(03)
博士论文
[1]6005A-T6铝合金搅拌摩擦焊接头的组织与性能研究[D]. 董鹏.吉林大学 2014
硕士论文
[1]铝合金搅拌摩擦焊热—力学过程仿真与应用[D]. 李程锦.大连交通大学 2017
[2]城轨铝合金车体侧墙搅拌摩擦焊技术研究[D]. 李红.哈尔滨工业大学 2014
[3]搅拌摩擦焊温度场数值模拟研究[D]. 陈婷.东北大学 2012
[4]塑性力学变分原理及其应用[D]. 王丁伟.哈尔滨工程大学 2007
本文编号：3294811
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/3294811.html
