铝合金电阻点焊熔核一次组织及形态模拟

发布时间：2017-08-27 03:13

  本文关键词：铝合金电阻点焊熔核一次组织及形态模拟

  更多相关文章： 铝合金点焊 熔核尺寸 一次组织形貌 缩松缩孔 数值模拟 元胞自动机

【摘要】：铝合金电阻点焊熔核尺寸大小、一次组织形貌及缩松缩孔缺陷等情况决定了点焊焊点质量,进而决定接头的力学性能。因铝合金点焊工艺过程模拟存在诸多难点,所以针对铝合金点焊方面的数值研究还相对较少,特别是针对铝合金点焊微观组织演变及缩松缩孔的研究更为鲜见,本文运用数值模拟方法对铝合金点焊熔核尺寸、一次组织形貌及缩松缩孔进行模拟预测,为铝合金点焊接头力学性能评估提供理论参考。首先对AA5754铝合金电阻点焊过程温度场展开数值模拟研究,模型中考虑了随温度变化的边界条件、热物性参数以及在电极力与温度共同作用下的接触电阻的影响,分析了不同点焊规范参数对熔核尺寸的影响。经与相同点焊参数下获得的点焊接头剖面测量结果对比表明,模拟与实际点焊接头熔核尺寸测量结果吻合较好。在前述温度场模拟结果基础上,利用元胞自动机与有限元(CA-FE)耦合模型,实现了对铝合金点焊接头在冷却凝固过程中熔核微观组织演变的模拟,包括熔合线附近的柱状晶竞争生长模拟以及柱状晶向熔核中心的等轴晶转变(CET)的模拟,在此基础上,模拟研究了电流强度对铝合金点焊熔核组织的影响。经与实际铝合金点焊接头金相组织对比表明,铝合金点焊熔核一次组织形貌、晶粒平均尺寸以及柱状晶与等轴晶分布比例等模拟结果与实际试验结果吻合较好。最后基于临界固相率法与Niyama判据对一定工艺参数下铝合金点焊熔核不同类型缩松缩孔进行模拟预测,对集中缩孔进行了定量分析,对其他类型缩松缩孔进行了定性分析。经与实际点焊接头缩松缩孔情况对比表明,模拟与试验实际结果吻合较好。
【关键词】：铝合金点焊 熔核尺寸 一次组织形貌 缩松缩孔 数值模拟 元胞自动机
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG453.9
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注释表11-13
• 第一章 绪论13-24
• 1.1 课题研究背景13-14
• 1.2 电阻点焊数值模拟进展14-15
• 1.3 焊接接头微观组织模拟进展15-21
• 1.3.1 确定性方法15-16
• 1.3.2 蒙特卡罗法16-18
• 1.3.3 元胞自动机法18-20
• 1.3.4 相场法20-21
• 1.4 铝合金点焊接头缩松缩孔的模拟预测21-22
• 1.5 本文主要研究内容22-24
• 第二章 铝合金电阻点焊数值模拟24-38
• 2.1 引言24
• 2.2 铝合金点焊基本原理24-25
• 2.3 铝合金点焊温度场的数值模拟25-35
• 2.3.1 铝合金点焊模型25-26
• 2.3.2 铝合金点焊基本控制方程与边界条件26-27
• 2.3.3 铝合金点焊模型网格划分27-28
• 2.3.4 铝合金点焊接触电阻28-29
• 2.3.5 材料性能参数29-31
• 2.3.6 铝合金电阻点焊数值模拟结果31-35
• 2.4 铝合金点焊数值模拟结果试验验证35-37
• 2.4.1 试件尺寸及点焊试验参数35
• 2.4.2 模拟与实测结果对比分析35-37
• 2.5 本章小结37-38
• 第三章 微观组织模拟方法研究38-51
• 3.1 引言38
• 3.2 晶粒形核模型38-41
• 3.2.1 瞬时形核模型39
• 3.2.2 连续形核模型39-41
• 3.3 晶粒生长模型41-43
• 3.4 枝晶尖端生长动力学43-49
• 3.4.1 过冷度的计算44-45
• 3.4.2 界面推进速度45-46
• 3.4.3 固相率增量46-47
• 3.4.4 溶质再分配47-48
• 3.4.5 界面曲率的计算48-49
• 3.4.6 时间步的选取49
• 3.4.7 元胞的更新与捕获49
• 3.5 宏微观耦合模型49-50
• 3.6 本章小结50-51
• 第四章 铝合金点焊熔核一次组织模拟51-69
• 4.1 引言51
• 4.2 点焊熔池模拟假设51-52
• 4.3 点焊模型边界条件与初始条件52
• 4.4 给定温度场下的晶粒生长52-54
• 4.4.1 柱状晶生长过程53-54
• 4.4.2 等轴晶生长过程54
• 4.5 实际点焊熔池组织模拟结果与分析54-59
• 4.5.1 铝合金点焊熔核微观组织演变过程模拟55-58
• 4.5.2 电流对铝合金点焊熔核组织的影响58-59
• 4.6 点焊熔核组织模拟结果试验验证59-68
• 4.6.1 AA5754铝合金点焊熔核组织分析59-64
• 4.6.2 铝合金点焊熔核组织形貌的模拟结果验证64
• 4.6.3 晶粒平均尺寸模拟结果验证64-66
• 4.6.4 不同晶区分布范围的模拟结果验证66-68
• 4.7 本章小结68-69
• 第五章 铝合金点焊熔核缩松缩孔模拟69-78
• 5.1 引言69
• 5.2 点焊缩松缩孔模拟理论基础69-73
• 5.2.1 临界固相率f_(sc)法69-70
• 5.2.2 Niyama新山判据70-71
• 5.2.3 模拟程序框图71
• 5.2.4 相关模拟参数计算71-73
• 5.3 点焊缩松缩孔模拟73-77
• 5.3.1 集中缩孔73-74
• 5.3.2 集中缩孔与宏观缩松74
• 5.3.3 集中缩孔与宏微观缩松74-75
• 5.3.4 宏微观缩松75-76
• 5.3.5 无收缩缺陷76-77
• 5.4 本章小结77-78
• 第六章 总结78-79
• 参考文献79-84
• 致谢84-85
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文85

【参考文献】

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本文编号：744098