不等厚板电阻点焊熔核形成过程的数值模拟

发布时间：2017-01-05 11:44

  本文关键词：电阻点焊熔核形成过程的数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

《哈尔滨工业大学》 2008年

不等厚板电阻点焊熔核形成过程的数值模拟

杨巍华  

【摘要】： 本文以有限元软件ANSYS为平台,以低碳钢不等厚板为研究对象,建立锥台形电极电阻点焊的热电力耦合模型,详细地讨论了点焊规范参数及特性对形核过程的影响,并通过实验进行了验证。利用所得到的规律,讨论了16MnL不等厚板点焊时改善熔核偏移的方法。 首先,根据点焊过程的特点对预压阶段进行了分析。通过结构模型预压过程的数值分析,得到通电开始的初始接触条件。通过对五种不同压力下的预压过程分析可知:各接触面的应力大小及接触压力分布的均匀程度与电极压力有关;在电极与工件接触面以及工件与工件接触面边缘处,使用锥台形电极易出现应力集中现象,但电极与工件接触面边缘出应力最大。 其次,基于ANSYS,建立了的二维点焊温度场热电力耦合计算模型。在分析过程中除了考虑了接触电阻、相变潜热、电极水冷、表面空气散热等因素对熔核生长过程的影响还考虑了材料热、电物理性能、力学性能随温度的变化的影响。由于计算中存在着材料非线性、几何非线性以及接触非线性问题,为了提高计算的收敛性能,采用了小时间计算步长。计算结果以熔核尺寸来表现。在热电耦合模型中,对接触电阻进行了简化,即不考虑压力导致的接触面积变化,从而引起接触电阻的变化。同时采用了ANSYS自带的单元生死技术,使模拟更加符合实际情况。在热电力耦合模型中,利用顺序耦合方法,将每时间步计算得到的各节点温度加载到结构模型中进行分析,从而得到最终的点焊模拟结果。 最后,通过采用四种点焊规范参数以及改变电极端面尺寸的方法得出改善不等厚板熔核偏移的方法,即采用较硬规范或改变电极端面尺寸,并通过实验验证了该方法的合理性。最终预测出在实际生产中应用广泛的16MnL不等厚板点焊时,改善熔核偏移的最佳规范参数及电极端面尺寸。 利用数值模拟的方法可以为指导生产提供依据,从而节约能源提高生产效率,同时对于点焊缺陷预测与焊点质量控制具有理论指导意义与实际应用前景。

【关键词】：
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TG453.9
【目录】：

摘要4-5

Abstract5-9

第1章 绪论9-18

1.1 课题背景及意义9-10

1.2 点焊过程分析10-12

1.2.1 点焊焊接循环10

1.2.2 点焊规范参数及其相互关系10-12

1.3 点焊数值模拟的发展概况12-13

1.4 点焊过程温度场数值模拟的研究进展13-16

1.5 课题的主要研究内容16-18

第2章 低碳钢不等厚板电阻点焊预压分析18-25

2.1 点焊过程描述18-19

2.2 有限元模型的建立19-22

2.2.1 模型的假设条件19

2.2.2 几何模型、有限元网格划分19-21

2.2.3 边界条件21-22

2.2.4 材料力学性能22

2.3 模拟结果分析22-24

2.3.1 预压结束时应力分布情况22-23

2.3.2 不同电极压力对接触应力的影响23-24

2.4 本章小结24-25

第3章 低碳钢电阻点焊热电力耦合模拟25-46

3.1 热电分析25-33

3.1.1 电场分析25-26

3.1.2 热传导分析26-27

3.1.3 有限元模型及边界条件27-28

3.1.4 材料的物理性能及相关参数处理28-30

3.1.5 接触电阻的处理30-31

3.1.6 生死单元的处理31-32

3.1.7 热电耦合结果分析32-33

3.2 热电力耦合分析33-38

3.2.1 热弹塑性应力应变分析33-34

3.2.2 热、电、力耦合控制方程34-35

3.2.3 有限元模型及边界条件35

3.2.4 热电力耦合模拟分析35-38

3.2.5 热电力耦合结果分析38

3.3 改善熔核偏移的研究38-41

3.3.1 改变焊接规范参数39-41

3.3.2 改变电极端面直径41

3.4 实验验证41-44

3.4.1 实验设备42

3.4.2 实验过程42-44

3.5 本章小结44-46

第4章 16MnL钢不等厚板电阻点焊的数值模拟46-51

4.1 有限元模型的建立46-48

4.1.1 几何模型、有限元网格划分及边界条件46-47

4.1.2 16MnL物理性能参数47

4.1.3 16MnL不等厚板有限元分析47-48

4.2 改善熔核的偏移48-50

4.3 本章小结50-51

结论51-52

参考文献52-57

致谢57

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本文编号：235003