铝合金牵引梁单面双面弧焊仿真研究

发布时间：2017-04-18 20:16

  本文关键词：铝合金牵引梁单面双面弧焊仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：铝合金牵引梁主要由铝合金厚板拼焊而成,现阶段主要采用单面单弧MIG焊工艺焊接,效率较低。由于双面双弧MIG焊具有热源对称、效率高的优点,所以本文对双面双弧MIG焊工艺进行研究。根据铝合金牵引梁采用的对接接头和T型接头焊缝,本文利用大型有限元分析软件ANSYS,对铝合金厚板对接接头和T型接头分别就单面MIG多道焊工艺和双面MIG多道焊工艺进行数值仿真分析,数值模拟分析铝合金厚板焊接的温度场和应力场,研究其热力场分布规律,比较焊件不同工艺下的温度场和残余应力场分布差异,为企业采用先进的牵引梁焊接工艺提供仿真支持。本文建立铝合金厚板对接接头和T型接头热力场分析有限元模型,选择双椭球热源模型,利用单元生死技术,模拟两种接头单、双面多道焊的温度场和应力场,研究其焊接温度场和应力场的分布规律。通过对两种接头单、双面焊不同时刻的温度场分布与沿焊缝中心线和垂直焊缝中心线的若干取样点的热循环曲线进行对比分析,研究表明:熔池中心温度最高,随离熔池中心距离增大,温度呈递减趋势;熔池前端比后端等温线密集,温度梯度大;在某时间段内,焊接温度场峰值温度几乎不变,焊接进入准稳态阶段;收弧时刻峰值温度高于准稳态峰值温度;双面焊比单面焊温度变化明显的区域大;双面焊的高温区位于接头的两侧,单面焊的高温区只位于接头的一侧。本文对两种接头单、双面焊的等效残余应力场进行对比分析,并且取沿焊缝中心线路径,分别做单、双面焊的纵向应力曲线图进行对比分析,研究发现:等效残余应力主要集中在焊缝区和热影响区,靠近收弧和起弧位置的残余应力相对较大,远离焊缝的区域残余应力值较小;总体上焊缝区的等效应力呈现两头小中间大的分布趋势;双面焊残余应力峰值小于单面焊,而且双面焊的应力集中区域也小于单面焊。沿焊缝中心线路径的纵向应力为拉应力,呈现中间大两头小的趋势;单面焊先焊侧的纵向应力峰值小于后焊侧的纵向应力峰值;双面焊两侧的纵向应力分布几乎完全相同,而且双面焊的纵向应力峰值小于单面焊。本文对铝合金厚板焊接的研究表明:铝合金厚板对接接头和T型接头在残余应力的分布方面,相对单面焊工艺而言,双面焊工艺不仅能使焊件两表面的残余应力分布趋于对称,而且也从整体上降低了焊件的残余应力峰值,从改善残余应力分布及控制焊接变形方面双面双弧焊具有明显的优势。
【关键词】：铝合金牵引梁 双面双弧焊 数值仿真 对接接头 T型接头
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG457.14
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 课题背景及意义12-13
• 1.2 牵引梁单面焊工艺现状13-14
• 1.3 牵引梁双面双弧焊工艺现状14-15
• 1.4 焊接温度场数值模拟研究现状15-16
• 1.5 焊接应力场数值模拟研究现状16-17
• 1.6 主要研究内容17-18
• 第2章 对接接头多道焊数值仿真过程分析18-32
• 2.1 铝合金厚板焊接温度场的仿真分析18-27
• 2.1.1 建立几何模型18-19
• 2.1.2 确定材料属性19-20
• 2.1.3 选择耦合方式、单元类型及划分网格20-21
• 2.1.4 选择焊接热源21-23
• 2.1.5 施加移动的焊接热源23-26
• 2.1.6 设置初始条件和边界条件26-27
• 2.1.7 求解设置27
• 2.2 铝合金厚板焊接应力场的仿真分析27-30
• 2.2.1 设置力学参数28
• 2.2.2 施加约束28-29
• 2.2.3 施加载荷29
• 2.2.4 求解设置29
• 2.2.5 模拟焊缝金属的熔敷和凝固29-30
• 2.3 ANSYS的APDL语言简介30
• 2.4 本章小结30-32
• 第3章 对接接头单、双面多道焊温度场及应力场分析32-52
• 3.1 温度场和应力场的后处理32
• 3.2 单、双面多道焊温度场对比分析32-46
• 3.2.1 单面单弧多道焊温度场分布32-38
• 3.2.2 双面双弧多道焊温度场分布38-41
• 3.2.3 单、双面多道焊温度场对比41-42
• 3.2.4 单、双面多道焊取样点热循环曲线对比42-46
• 3.3 单、双面多道焊残余应力场对比分析46-51
• 3.3.1 等效应力云图对比46-48
• 3.3.2 纵向应力曲线图对比48-51
• 3.4 本章小结51-52
• 第4章T型接头单、双面多道焊温度场及应力场分析52-68
• 4.1 铝合金牵引梁的结构特点52-53
• 4.2 单、双面多道焊温度场对比分析53-63
• 4.2.1 单面单弧多道焊温度场分布53-56
• 4.2.2 双面双弧多道焊温度场分布56-59
• 4.2.3 单、双面多道焊温度场对比59-60
• 4.2.4 单、双面多道焊取样点热循环曲线对比60-63
• 4.3 单、双面多道焊残余应力场对比分析63-67
• 4.3.1 等效应力云图对比63-64
• 4.3.2 纵向应力曲线图对比64-67
• 4.4 本章小结67-68
• 第5章 结论68-70
• 参考文献70-74
• 作者简介74-76
• 致谢76

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