铝合金LB-VPPA复合焊接数值模拟

发布时间：2017-10-18 18:46

  本文关键词：铝合金LB-VPPA复合焊接数值模拟

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【摘要】：本课题以7010铝合金为研究对象,采用焊接专用模拟软件SYSWELD对LB-VPPA复合焊热过程进行数值模拟。LB-VPPA复合焊是一种新型的焊接方法,具有能量更加集中、焊接热输入小、焊缝深宽比大的特点。但是,由于复合焊接系统设备比较复杂,想要调试出合适的工艺参数较为困难,通过数值模拟技术不仅可以优化工艺参数,同时,还可以缩短试验周期。在熟练掌握SYSWELD焊接模拟软件的基础上,根据VPPA焊的工艺特点,采用Fortran语言对热源模型进行二次开发,实现了VPPA正反极性非对称电弧能量及形态的交替加载;根据LB-VPPA复合焊工艺特点及作用机理,采用高斯+双椭球+高斯圆柱体组合热源模型对LB-VPPA复合焊热过程进行模拟计算,在平面高斯、双椭球体和高斯圆柱体的能量比例为0.39:0.47:0.14时,熔池截面形状较为接近实际。通过模拟计算和试验结果对比分析表明,对于6mm厚7010铝合金,焊接速度为3mm/s时,在对接平焊位置下,采用LB-VPPA复合焊所需要有效总功率为2250W,而单VPPA焊的有效总功率为2400W,证实了LB-VPPA复合焊能量更加集中,在水平位置焊接时可以实现穿孔焊接,而单VPPA焊在水平位置很难实现穿孔焊接。在温度场模拟准确的基础上进行了应力场的计算,得到了不同时刻工件的应力场分布云图。将LB-VPPA复合焊与单VPPA焊的应力场对比分析发现,LB-VPPA复合焊的各项残余应力均小于VPPA焊接,对于铝合金焊接优势较为明显。
【关键词】：LB-VPPA复合焊 铝合金 SYSWELD 温度场 应力场
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG457.14
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-6
• 第一章 绪论6-15
• 1.1 选题意义6
• 1.2 激光-电弧复合焊接工艺研究现状6-9
• 1.2.1 激光与电弧复合焊接作用机理6-8
• 1.2.2 激光-电弧复合焊接工艺研究8-9
• 1.3 激光-电弧复合焊接数值模拟研究现状9-14
• 1.3.1 焊接热源模型的种类9-13
• 1.3.2 激光+电弧复合焊接数值模拟研究现状及进展13-14
• 1.4 本文研究内容14-15
• 第二章 SYSWELD软件的应用与开发15-23
• 2.1 焊接热过程数值计算方法及应用软件15-17
• 2.1.1 数值计算方法15-16
• 2.1.2 焊接模拟软件介绍16
• 2.1.3 SYSWELD软件介绍16-17
• 2.2 SYSWELD软件操作步骤17-20
• 2.2.1 工件数学模型的建立及离散17-18
• 2.2.2 前处理18-19
• 2.2.3 向导与检验19-20
• 2.2.4 后处理与结果分析20
• 2.3 SYSWELD软件二次开发20-22
• 2.3.1 热源模型的二次开发20-21
• 2.3.2 材料数据库的建立及参数修正21-22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 LB-VPPA复合焊温度场数值模拟23-46
• 3.1 材料热物理性能及工件模型建立23-26
• 3.2 变极性等离子弧焊热源模型选择26-31
• 3.2.1 双椭球热源模型27-28
• 3.2.2 3D高斯热源模型28-29
• 3.2.3 高斯面热源+双椭球体热源模型29-31
• 3.3 激光焊温度场数值模拟31-32
• 3.4 LB-VPPA焊温度场数值模拟32-41
• 3.4.1 温度场动态过程33-38
• 3.4.2 焊接热循环曲线分析38-41
• 3.5 LB-VPPA复合焊与VPPA焊特征对比41-42
• 3.5.1 模拟结果对比41
• 3.5.2 试验结果分析41-42
• 3.6 焊接温度场测试42-45
• 3.6.1 焊缝熔池截面对比43
• 3.6.2 焊接热循环曲线试验验证43-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第四章 LB-VPPA复合焊应力场计算与分析46-55
• 4.1 焊接应力场的计算46
• 4.2 焊接应力场云图分析46-53
• 4.2.1 等效应力分布云图46-49
• 4.2.2 纵向应力分布云图49-51
• 4.2.3 横向应力分布云图51-53
• 4.3 LB-VPPA复合焊应力场对比分析53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 结论55-56
• 参考文献56-59
• 致谢59-60
• 攻读硕士学位期间所发表的论文60

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本文编号：1056535