铝合金板焊接残余应力数值模拟及其评估控制

发布时间：2023-02-11 15:42

　　由于焊接加热的局部性和瞬时性,使得工件焊接过程中存在不协调的塑性应变,在工件冷却后形成分布不均的焊接残余应力。特别对于热传导高、热膨胀系数较大的铝合金来说,焊接时更容易产生较大的不协调塑性变形。因此研究铝合金焊接过程残余应力应变的演化过程及形成机理,对评估和消减残余应力具有重大意义。本文基于流体力学、传热学、应力应变等基本理论,在理论分析的基础上进行有限元数值模拟,建立热源移动的三维焊接有限元模型,对焊缝残余应力形成过程及影响因素开展研究。本文主要工作如下:探寻焊接过程中浮力、电磁力、Marangoni力和电弧力耦合作用下熔融金属液体产生的流动特性对焊接温度场的影响规律。对比分析焊接过程中熔池的流场和温度场分布,找寻流场对温度场的影响规律。分析结果显示:随着电流的增大和熔池搅动速度的增加,热量向四周扩散速率随之增大,热流更为分散,降低了温度场峰值,但增大了熔池体积。开展基于热-弹-塑性理论的焊接过程数值模拟。量化分析整个焊接过程中的温度场和应力应变场的分布规律以及应力应变随时间的演变轨迹;通过改变输入热量的大小,得到分布相似峰值不同的纵向和横向残余应力,探寻温度场对残余应力场的影响规律...

【文章页数】：81 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 研究背景及其意义
    1.3 焊接数值模拟的国内外研究现状
        1.3.1 熔池研究现状
        1.3.2 焊接应力应变研究现状
    1.4 软件简介
        1.4.1 FLUENT软件简介
        1.4.2 ABAQUS软件简介
    1.5 本文的研究内容及意义
第二章 焊接相关理论基础
    2.1 焊接温度场有限元理论
        2.1.1 焊接热传导的基本理论
        2.1.2 焊接传热微分方程
    2.2 热源模型
    2.3 焊接温度场传热理论
    2.4 熔池流动行为理论
        2.4.1 质量守恒定律
        2.4.2 动量守恒定律
        2.4.3 能量守恒定律
    2.5 应力应变理论
        2.5.1 热力学有限元分析理论
        2.5.2 焊接热-弹-塑性应变理论
    2.6 本章小结
第三章 焊接温度场及流场分析
    3.1 基于VOF模型的移动TIG焊三维瞬态熔池行为分析
    3.2 源项及边界处理
        3.2.1 源项处理
        3.2.2 边界处理
    3.3 焊接数值模拟
    3.4 熔池流动行为分析
        3.4.1 焊接过程中温度场和流场的分布
        3.4.2 输入热量增大对熔池流场的影响
    3.5 流场对温度场的影响
    3.6 本章小结
第四章 焊接残余应力形成过程
    4.1 焊接模型的建立
    4.2 焊接温度场的计算分析
    4.3 热-弹-塑性有限元分析
        4.3.1 焊接纵向应力应变过程
        4.3.2 焊接横向应力应变过程
    4.4 温度场对残余应力的影响
    4.5 本章小结
第五章 焊接路径对残余应力的影响
    5.1 焊接工况以及焊接参数设置
    5.2 不同路径焊接温度循环曲线
    5.3 不同路径焊接应力场分析
        5.3.1 Mises应力分布
        5.3.2 纵向残余应力分布
        5.3.3 横向残余应力分布
        5.3.4 应力场分析
    5.4 本章小结
第六章 焊接坡口及焊接工艺参数的优化选择
    6.1 基于正交试验的焊接工艺参数确定
        6.1.1 焊接参数
        6.1.2 计算和分析
    6.2 焊接坡口角度对焊接残余应力的影响
        6.2.1 焊接工艺方案
        6.2.2 计算结果分析
    6.3 本章小结
第七章 总结与展望
致谢
参考文献
在学校间发表的论文和取得学术成果



本文编号：3740668