单层熔丝积材残余应力分布规律及打击消除机理研究
发布时间：2021-05-12 09:43
锻模的工作环境非常恶劣,在反复高温、高载荷以及交变应力的长期作用下,锻模表面强度和耐磨损性能会降低,同时会发生疲劳失效,甚至会有裂纹的形成,严重地影响了锻模的使用寿命。因此,对锻模的裂纹修复技术以及残余应力消除技术进行研究来提高锻模的寿命,是具有非常重要的研究价值和学术意义的。为此,本文对45模具钢单层单道和单层多道堆焊进行了数值模拟,研究分析了堆焊过程中的温度场和应力场变化规律。随后建立了随焊锤击有限元模型,探究了各锤击工艺参数对堆焊件残余应力分布规律和消应程度的影响,并对锤击工艺参数进行了优化。最后本文开展了45模具钢堆焊实验,运用小孔法对堆焊件残余应力进行了测试,验证了数值模拟结果的准确性。为实际锻模的堆焊修复提供了一定的数据支持和合理的锤击方案。本文的主要工作内容和得到的主要研究结论如下:1.运用Abaqus有限元分析软件建立了45模具钢板单层单道和单层多道堆焊有限元模型,研究分析了单层单道和单层多道堆焊过程中堆焊件的温度场和应力场变化规律。堆焊件的温度场和应力场总是随着焊接过程不断变化的。在室温下,单层多道堆焊件上的残余应力沿垂直焊缝方向呈现非对称分布,而沿平行焊缝方向呈对称...
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 选题背景及研究目的和意义
1.1.1 课题背景
1.1.2 课题研究的目的及意义
1.2 锻模堆焊修复及残余应力研究进展
1.2.1 锻模堆焊修复研究现状
1.2.2 堆焊残余应力的形成及分类
1.2.3 残余应力对堆焊件的影响
1.2.4 堆焊残余应力的消除方法
1.3 锤击消除残余应力的研究现状
1.4 课题研究的主要内容
2 实验材料与方法
2.1 引言
2.2 实验材料
2.3 平板堆焊实验
2.3.1 堆焊试样制备
2.3.2 随焊锤击实验设备
2.4 残余应力测试实验
2.4.1 残余应力测试原理
2.4.2 残余应力测试过程
2.5 本章小结
3 单层熔丝积材有限元模拟及结果分析
3.1 引言
3.2 单层熔丝积材有限元模拟
3.2.1 热源模型的选用
3.2.2 有限元模型的建立和网格划分
3.2.3 边界条件的施加
3.2.4 模型材料属性定义
3.3 堆焊温度场结果分析
3.3.1 温度场云图分析
3.3.2 热循环曲线分析
3.4 堆焊残余应力场结果分析
3.4.1 堆焊残余应力分布云图
3.4.2 焊接残余应力曲线分析
3.5 堆焊残余应力场对比分析
3.6 本章小结
4 随焊锤击工艺参数对单层单道熔丝积材残余应力消除效果的研究
4.1 引言
4.2 锤击处理有限元模型
4.2.1 接触-冲击有限元分析
4.2.2 残余应力场的模拟及导入
4.2.3 建立锤击处理有限元模型
4.3 锤击数值模拟计算结果分析
4.3.1 锤击残余应力变化及接触变形
4.4 随焊锤击工艺参数对消除残余应力效果的影响
4.4.1 锤击气压对消应效果影响
4.4.2 锤击介入温度对消应效果影响
4.4.3 锤头沿焊缝移动速度对消应效果影响
4.5 本章小结
5 随焊锤击工艺参数优化
5.1 引言
5.2 试验方法
5.2.1 响应曲面法
5.2.2 试验方案设计
5.2.3 响应曲面的拟合与评估
5.3 随焊锤击工艺参数优化
5.3.1 基于NSGA-Ⅱ的多目标遗传算法优化模型
5.3.2 工艺参数优化前后对比
5.4 本章小结
6 随焊锤击工艺参数对单层多道熔丝积材残余应力消除效果的研究
6.1 引言
6.2 单层多道焊及其随焊锤击有限元分析模型
6.2.1 单层多道焊及其随焊锤有限元模型的建立
6.3 单层多道焊有限元模拟及结果分析
6.3.1 单层多道焊温度场结果分析
6.3.2 单层多道焊残余应力场结果分析
6.3.3 单层多道焊残余应力实验验证
6.4 单层多道随焊锤有限元分析
6.4.1 锤头水平移动间距对消除残余应力效果的影响
6.5 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
附录
A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
B.作者在攻读学位期间参与科研项目及成果目录
C.学位论文数据集
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]蜗壳-座环连接焊缝焊接残余应力的测试与分析[J]. 曹华,李自良,刘美红,杨东方,刘彦辛,高永豪. 热加工工艺. 2019(05)
[2]AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头疲劳裂纹扩展行为[J]. 王小娇,董鹏,王风兰,闫志峰. 热加工工艺. 2019(05)
[3]国内外模具设计与制造发展的初步研究[J]. 黎志农. 轻工科技. 2019(02)
[4]4Cr5Mo2V钢曲轴热锻模具失效分析[J]. 白植雄,郑铭达,王宇斌,左鹏鹏,吴晓春. 金属热处理. 2019(01)
[5]深冷处理消除7A60铝合金残余应力的研究[J]. 樊蕾,程绍杨. 中小企业管理与科技(中旬刊). 2019(01)
[6]用磁法检测不锈钢残余应力的探讨[J]. 王建波. 机械. 2018(10)
[7]残余应力对含裂纹缺陷管道疲劳寿命的影响[J]. 马廷霞,轩恒,刘维洋,郭杨柳. 应用力学学报. 2018(05)
[8]X80管线钢双焊炬自动焊接头微观组织和力学性能研究[J]. 姚宗湘,王金钊,刘成,张丽萍,柴森森,尹立孟,张宇. 热加工工艺. 2018(15)
[9]SMA490BW钢对接接头高周疲劳性能的机理探究[J]. 何柏林,金辉,张枝森,谢学涛,丁江灏. 材料导报. 2018(12)
[10]超声冲击消除焊接接头残余应力的试验研究[J]. 方荣超,杨武虎,朱明涛,马国. 工程机械. 2018(03)
博士论文
[1]P92钢焊接残余应力场及对高温寿命的影响研究[D]. 姜运建.天津大学 2011
[2]辊材堆焊锤击消除应力机理及随焊锤击系统研究[D]. 马跃进.天津大学 2009
硕士论文
[1]7N01铝合金接头残余应力对疲劳裂纹扩展行为的影响[D]. 孟金奎.哈尔滨工业大学 2018
[2]疲劳载荷作用下高强钢焊接接头残余应力重分布的研究[D]. 王琦涛.长安大学 2018
[3]基于激光超声的金属表面残余应力无损检测研究[D]. 薛茂盛.浙江大学 2018
[4]考虑残余应力变化的FPSO典型焊接接头疲劳裂纹扩展研究[D]. 姚蔚.江苏科技大学 2017
[5]铝合金焊接残余应力与变形仿真研究[D]. 王来顺.西南交通大学 2017
[6]残余应力场下新型焊接壁板裂纹扩展寿命预估方法的研究[D]. 陈杨柳.哈尔滨理工大学 2017
[7]大型超高强度钢模锻用锻模夹心层再制造方法基础及应用研究[D]. 张建生.重庆大学 2016
本文编号：3183192
【文章来源】：重庆大学重庆市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
1.1 选题背景及研究目的和意义
1.1.1 课题背景
1.1.2 课题研究的目的及意义
1.2 锻模堆焊修复及残余应力研究进展
1.2.1 锻模堆焊修复研究现状
1.2.2 堆焊残余应力的形成及分类
1.2.3 残余应力对堆焊件的影响
1.2.4 堆焊残余应力的消除方法
1.3 锤击消除残余应力的研究现状
1.4 课题研究的主要内容
2 实验材料与方法
2.1 引言
2.2 实验材料
2.3 平板堆焊实验
2.3.1 堆焊试样制备
2.3.2 随焊锤击实验设备
2.4 残余应力测试实验
2.4.1 残余应力测试原理
2.4.2 残余应力测试过程
2.5 本章小结
3 单层熔丝积材有限元模拟及结果分析
3.1 引言
3.2 单层熔丝积材有限元模拟
3.2.1 热源模型的选用
3.2.2 有限元模型的建立和网格划分
3.2.3 边界条件的施加
3.2.4 模型材料属性定义
3.3 堆焊温度场结果分析
3.3.1 温度场云图分析
3.3.2 热循环曲线分析
3.4 堆焊残余应力场结果分析
3.4.1 堆焊残余应力分布云图
3.4.2 焊接残余应力曲线分析
3.5 堆焊残余应力场对比分析
3.6 本章小结
4 随焊锤击工艺参数对单层单道熔丝积材残余应力消除效果的研究
4.1 引言
4.2 锤击处理有限元模型
4.2.1 接触-冲击有限元分析
4.2.2 残余应力场的模拟及导入
4.2.3 建立锤击处理有限元模型
4.3 锤击数值模拟计算结果分析
4.3.1 锤击残余应力变化及接触变形
4.4 随焊锤击工艺参数对消除残余应力效果的影响
4.4.1 锤击气压对消应效果影响
4.4.2 锤击介入温度对消应效果影响
4.4.3 锤头沿焊缝移动速度对消应效果影响
4.5 本章小结
5 随焊锤击工艺参数优化
5.1 引言
5.2 试验方法
5.2.1 响应曲面法
5.2.2 试验方案设计
5.2.3 响应曲面的拟合与评估
5.3 随焊锤击工艺参数优化
5.3.1 基于NSGA-Ⅱ的多目标遗传算法优化模型
5.3.2 工艺参数优化前后对比
5.4 本章小结
6 随焊锤击工艺参数对单层多道熔丝积材残余应力消除效果的研究
6.1 引言
6.2 单层多道焊及其随焊锤击有限元分析模型
6.2.1 单层多道焊及其随焊锤有限元模型的建立
6.3 单层多道焊有限元模拟及结果分析
6.3.1 单层多道焊温度场结果分析
6.3.2 单层多道焊残余应力场结果分析
6.3.3 单层多道焊残余应力实验验证
6.4 单层多道随焊锤有限元分析
6.4.1 锤头水平移动间距对消除残余应力效果的影响
6.5 本章小结
7 结论与展望
7.1 结论
7.2 展望
参考文献
附录
A.作者在攻读学位期间发表的论文目录
B.作者在攻读学位期间参与科研项目及成果目录
C.学位论文数据集
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]蜗壳-座环连接焊缝焊接残余应力的测试与分析[J]. 曹华,李自良,刘美红,杨东方,刘彦辛,高永豪. 热加工工艺. 2019(05)
[2]AZ31镁合金搅拌摩擦焊接头疲劳裂纹扩展行为[J]. 王小娇,董鹏,王风兰,闫志峰. 热加工工艺. 2019(05)
[3]国内外模具设计与制造发展的初步研究[J]. 黎志农. 轻工科技. 2019(02)
[4]4Cr5Mo2V钢曲轴热锻模具失效分析[J]. 白植雄,郑铭达,王宇斌,左鹏鹏,吴晓春. 金属热处理. 2019(01)
[5]深冷处理消除7A60铝合金残余应力的研究[J]. 樊蕾,程绍杨. 中小企业管理与科技(中旬刊). 2019(01)
[6]用磁法检测不锈钢残余应力的探讨[J]. 王建波. 机械. 2018(10)
[7]残余应力对含裂纹缺陷管道疲劳寿命的影响[J]. 马廷霞,轩恒,刘维洋,郭杨柳. 应用力学学报. 2018(05)
[8]X80管线钢双焊炬自动焊接头微观组织和力学性能研究[J]. 姚宗湘,王金钊,刘成,张丽萍,柴森森,尹立孟,张宇. 热加工工艺. 2018(15)
[9]SMA490BW钢对接接头高周疲劳性能的机理探究[J]. 何柏林,金辉,张枝森,谢学涛,丁江灏. 材料导报. 2018(12)
[10]超声冲击消除焊接接头残余应力的试验研究[J]. 方荣超,杨武虎,朱明涛,马国. 工程机械. 2018(03)
博士论文
[1]P92钢焊接残余应力场及对高温寿命的影响研究[D]. 姜运建.天津大学 2011
[2]辊材堆焊锤击消除应力机理及随焊锤击系统研究[D]. 马跃进.天津大学 2009
硕士论文
[1]7N01铝合金接头残余应力对疲劳裂纹扩展行为的影响[D]. 孟金奎.哈尔滨工业大学 2018
[2]疲劳载荷作用下高强钢焊接接头残余应力重分布的研究[D]. 王琦涛.长安大学 2018
[3]基于激光超声的金属表面残余应力无损检测研究[D]. 薛茂盛.浙江大学 2018
[4]考虑残余应力变化的FPSO典型焊接接头疲劳裂纹扩展研究[D]. 姚蔚.江苏科技大学 2017
[5]铝合金焊接残余应力与变形仿真研究[D]. 王来顺.西南交通大学 2017
[6]残余应力场下新型焊接壁板裂纹扩展寿命预估方法的研究[D]. 陈杨柳.哈尔滨理工大学 2017
[7]大型超高强度钢模锻用锻模夹心层再制造方法基础及应用研究[D]. 张建生.重庆大学 2016
本文编号：3183192
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