钎焊金刚石磨粒接头热应力有限元仿真分析及试验研究

发布时间：2017-09-12 15:39

  本文关键词：钎焊金刚石磨粒接头热应力有限元仿真分析及试验研究

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【摘要】：金刚石磨粒在高温钎焊过程中产生热应力问题是影响金刚石磨粒钎焊接头性能的重要因素,热应力过大将导致钎焊接头萌生裂纹,导致磨粒在加工过程中产生不正常脱落或磨损,造成磨粒未充分利用,磨削生产效率下降,并可能影响加工质量。本文针对此问题,对钎焊金刚石磨粒接头在钎焊冷却过程中产生的热应力进行了有限元仿真,分析钎焊温度和冷却速率对热应力的影响规律,并采用激光显微拉曼光谱试验验证了有限元模型的正确性。本文首先介绍了当前国内外金刚石磨粒钎焊工艺技术研究进展和钎焊金刚石磨粒接头热应力研究现状,对热应力测试方法、ABAQUS有限元软件、论文研究目标、研究内容、研究意义等进行了介绍。采用高温热膨胀仪(Netzsch DIL 402C)、激光闪烁法导热分析仪(Netzsch LFA 457)、材料万能试验机(Instron3369)等仪器对铜基Cu-Sn-Ti钎料进行了热传导率、比热、热膨胀系数、弹性模量、屈服强度等热力学性能测试,以为有限元仿真提供较准确的材料非线性参数。对钎焊金刚石磨粒接头钎焊冷却过程中的热量传递过程及理论进行了分析;对弹塑性有限元理论中的屈服准则、流动准则、强化准则和本构关系等进行了论述;基于弹塑性非线性有限元法,采用有限元软件Abaqus进行了几何模型绘制、网格划分、边界条件和加载等,建立了较符合实际真实情况的钎焊金刚石磨粒热应力有限元仿真模型。对建立的有限元仿真模型进行求解,仿真了金刚石磨粒高频感应冷却过程中的瞬态热应力场变化特点和残余热应力场分布规律,分析结果是:热物性差异是金刚石磨粒钎焊接头热应力主要影响因素;金刚石磨粒形状特征对热应力有较大影响;在金刚石磨粒棱角处,有明显的应力集中现象;热应力大小具有一定时间累积效应;钎料塑性变形对热应力具有一定的缓解作用。采用激光显微拉曼光谱分析仪对试验样品中的残余应力大小进行测试,对测试仪器设备、制样设备以及试验步骤进行了介绍,测试结果与有限元分析结果相近,验证了有限元模型建立的正确性。最后,采用该有限元模型,研究了钎焊温度和冷却速率对钎焊金刚石磨粒接头中瞬态热应力和残余热应力以及钎料塑性应变的影响规律,得出了钎焊温度和降温速率对金刚石磨粒上的热应力和钎料的塑性应变具有较大的影响,但是对于钎料上的热应力影响较小等结论。
【关键词】：金刚石磨粒 钎焊 热应力 残余应力 有限元仿真
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG454
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 引言12-13
• 1.2 金刚石磨粒钎焊工艺技术研究现状及进展13-17
• 1.2.1 金刚石磨粒钎焊质量评价方法13-15
• 1.2.2 金刚石磨粒钎焊性能主要影响因素15-17
• 1.3 钎焊金刚石磨粒接头热应力研究现状17-19
• 1.3.1 国内外金刚石磨粒钎焊接头热应力研究现状17-18
• 1.3.3 钎焊热应力测试方法18-19
• 1.4 有关Abaqus软件19-21
• 1.4.1 有限元软件Abaqus的介绍19-20
• 1.4.2 有限元软件Abaqus分析步骤20-21
• 1.5 课题来源与研究内容21-23
• 1.5.1 课题来源及意义21-22
• 1.5.2 本论文结构与研究内容22-23
• 1.6 本章小结23-24
• 第二章 铜基Cu-Sn-Ti钎料非线性热力学性能测试24-36
• 2.1 Cu-Sn-Ti钎料热膨胀系数测试及结果24-26
• 2.1.1 热膨胀系数测量原理24-25
• 2.1.2 热膨胀测量仪器及测试结果25-26
• 2.2 Cu-Sn-Ti热导率测试及结果26-30
• 2.2.1 热导率测试原理26-28
• 2.2.2 热导率测量仪器及测试结果28-30
• 2.3 Cu-Sn-Ti钎料应力应变曲线测试及结果30-34
• 2.3.1 应力应变曲线测量原理30
• 2.3.2 应力应变曲线测量仪器及测试结果30-34
• 2.4 本章小结34-36
• 第三章 钎焊金刚石磨粒接头热应力有限元模型建立36-50
• 3.1 热应力有限元仿真理论36-42
• 3.1.1 热量传递有限元分析理论36-39
• 3.1.2 热应力有限元分析理论39-42
• 3.2 有限元模型建立42-49
• 3.2.1 几何模型建立42-43
• 3.2.2 网格划分43-44
• 3.2.3 材料性能参数设置44-47
• 3.2.4 温度载荷和边界条件设置47-49
• 3.3 本章小结49-50
• 第四章 钎焊金刚石接头热应力仿真分析及试验验证50-62
• 4.1 仿真结果与分析50-55
• 4.1.1 瞬态热应力分布50-52
• 4.1.2 瞬态应力大小变化52-53
• 4.1.3 残余应力场分析53-55
• 4.2 试验验证55-61
• 4.2.1 试验设备介绍55-58
• 4.2.2 试验步骤58-59
• 4.2.3 试验结果59-61
• 4.3 本章小结61-62
• 第五章 钎焊工艺参数对钎焊金刚石接头热应力影响62-72
• 5.1 钎焊温度对钎焊金刚石磨粒接头热应力的影响62-68
• 5.1.1 钎焊温度参数设置62
• 5.1.2 有限元仿真分析及结果62-68
• 5.2 钎焊冷却速率对钎焊金刚石磨粒试样热应力的影响68-71
• 5.2.1 钎焊冷却速率参数设置68
• 5.2.2 有限元仿真分析及结果68-71
• 5.3 本章小结71-72
• 全文总结与展望72-74
• 1、全文总结72-73
• 2、研究展望73-74
• 参考文献74-78
• 致谢78-80
• 附录A:发表的学术论文及科研工作80

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1 言佳颖;钎焊金刚石磨粒接头热应力有限元仿真分析及试验研究[D];湖南科技大学;2015年

2 李嘉;激光钎焊金刚石磨粒工艺及机理研究[D];南京航空航天大学;2007年

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本文编号：838084