Al-Mg-Si 6082合金MIG焊焊接应力与变形的数值模拟分析

发布时间：2017-05-15 11:09

  本文关键词：Al-Mg-Si 6082合金MIG焊焊接应力与变形的数值模拟分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：Al-Mg-Si6082合金是高品质铝合金,具有中等强度和良好的焊接性能,得到了越来越广泛的应用。铝合金最主要的联接方法为焊接,在焊接过程中,不可避免地会产生焊接残余应力和变形。焊接是一个涉及到电弧物理、冶金、力学和传热等学科的复杂过程。由于焊接过程的复杂性,传统的实验方法很难对焊接热传导和应力应变过程进行研究。因此对Al-Mg-Si6082合金MIG焊的焊接过程进行温度场和应力场的数值模拟分析的研究,既可以为优化焊接工艺参数,控制、减少或消除焊接残余应力与变形提供理论依据,又可以为铝合金的焊接生产提供指导。 本文以ANSYS软件为平台,以Al-Mg-Si6082合金平板对接和角接问题为研究对象,对其多层多道焊接过程中的温度场和应力应变场进行了有限元分析,完成了以下几个方面的主要工作： 1、在温度场分析中,采用了双椭球热源模型,并考虑了材料的热物理性能参数、相变潜热和焊缝金属填充,计算结果与Al-Mg-Si6082合金MIG焊焊接热影响区的温度分布基本吻合。 2、在热弹塑性力学的基础上,利用焊接温度场计算结果采用间接法进行了焊接应力场的模拟分析,分析了焊缝纵向应力和横向应力的演变过程。Al-Mg-Si6082合金多层多道MIG焊的焊接过程中焊接应力复杂多变,焊接残余应力在焊缝处为拉伸应力,其中纵向残余应力的数值最大,超过材料屈服极限,竖向残余应力此时不能忽略,并且大于横向残余应力。 3、Al-Mg-Si6082合金MIG焊的焊接变形较大。把焊接残余变形的计算结果与实测结果进行了对比分析,发现两者数值相差较小,并且其变化趋势也比较一致。
【关键词】：Al-Mg-Si6082合金 MIG焊 ANSYS 温度场 应力场 残余应力和变形
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TG404
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 选题背景10-11
• 1.2 铝合金焊接应力与变形的发展研究现状11-14
• 1.2.1 国外发展研究现状11-12
• 1.2.2 国内发展研究现状12-13
• 1.2.3 目前存在的问题13-14
• 1.3 MIG焊的发展状况14-15
• 1.3.1 铝合金MIG焊的工艺方法14
• 1.3.2 MIG焊的优点14-15
• 1.3.3 MIG焊的问题与难点15
• 1.4 ANSYS软件简介15
• 1.5 课题的研究意义和内容15-17
• 1.5.1 本课题研究的意义15-16
• 1.5.2 课题研究的主要内容16-17
• 2 焊接有限元分析的理论基础17-31
• 2.1 有限单元法简介17-18
• 2.2 焊接过程有限元分析的特点18
• 2.3 焊接过程有限元模型的简化18-19
• 2.4 焊接温度场的计算19-25
• 2.4.1 热传导问题的基本方程19-20
• 2.4.2 焊接热传导的有限元计算方法20-21
• 2.4.3 焊接热源模型21-25
• 2.5 焊接应力应变场的计算25-30
• 2.5.1 塑性力学基本理论25-27
• 2.5.2 焊接热弹塑性有限元方法27-30
• 2.6 ANSYS参数化设计语言简介30-31
• 3 焊接温度场与应力场的数值模拟31-44
• 3.1 焊接温度场与应力场的计算方法31
• 3.2 前置处理31-34
• 3.2.1 定义单元的类型31-32
• 3.2.2 材料属性的设置32-33
• 3.2.3 网格的划分33-34
• 3.2.4 相变潜热的处理34
• 3.3 加载与求解分析34-42
• 3.3.1 分析类型和求解器的选择34-36
• 3.3.2 时间步长确定36
• 3.3.3 收敛判定参数36-37
• 3.3.4 初始条件和边界条件的处理37-38
• 3.3.5 焊缝金属填充模拟的处理38-41
• 3.3.6 加载与求解41-42
• 3.4 后置处理42-43
• 3.5 本章小结43-44
• 4 平板对接接头MIG焊焊接应力与变形的数值模拟44-58
• 4.1 模型的建立及各种条件的设置44-46
• 4.1.1 实验材料及几何尺寸44
• 4.1.2 焊接工艺44-45
• 4.1.3 网格划分45-46
• 4.2 焊接温度场的计算结果及分析46-50
• 4.2.1 焊接过程温度场的分布46-48
• 4.2.2 试件的温度历程曲线48-50
• 4.3 焊接应力应变场的计算结果及分析50-56
• 4.3.1 应力应变场的分析流程51-52
• 4.3.2 等效应力分布52-54
• 4.3.3 沿焊缝方向的应力场分布54-55
• 4.3.4 垂直焊缝方向的应力场分布55-56
• 4.4 焊接变形计算结果56-57
• 4.5 本章小结57-58
• 5 角接接头MIG焊焊接应力与变形的数值模拟分析58-67
• 5.1 模型的建立及各种条件的设置58-59
• 5.2 温度场的模拟与分析59-61
• 5.2.1 焊接过程中温度场分布59-61
• 5.3 应力场的模拟与分析61-64
• 5.3.1 应力云图计算结果61-63
• 5.3.2 垂直焊缝方向的应力场分布63-64
• 5.4 焊接变形计算结果64-65
• 5.5 本章小结65-67
• 6 结论与展望67-69
• 6.1 结论67-68
• 6.2 展望68-69
• 参考文献69-72
• 附录72-73
• 致谢73

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