不锈钢不等厚板单面双点焊过程数值模拟研究

发布时间：2017-10-03 05:09

  本文关键词：不锈钢不等厚板单面双点焊过程数值模拟研究

  更多相关文章： 单面双点焊 不锈钢 数值模拟 球形电极

【摘要】：电阻点焊是一种焊接质量稳定,生产效率高,容易实现机械化、自动化的连接方法,在汽车、轨道客车、电子、家用电器等制造领域的应用比较广泛。电阻点焊是一个涉及到热、电、力多场之间相互作用的复杂焊接过程,同时由于点焊过程中熔核形成的不可见性及焊接时间短的特性,对点焊过程的数值模拟研究很有必要性。点焊的数值模拟,有利于对点焊过程进行更深入的研究,可以分析焊接工艺参数对点焊过程的影响,从而选择合适的工艺参数,有利于提高焊接质量。现阶段电阻点焊过程中的有限元模拟主要是针对单点焊进行有限元模拟研究,对于单面双点焊的有限元模拟研究还比较少。单面双点焊与单点焊相比,生产效率高,会越来越普遍地应用于实际的生产中。本文使用通用有限元软件,建立热电耦合模型和热力耦合模型,采用球形电极和单脉冲电流主要对板厚组合为1mm+1.5mm的非等厚SUS304不锈钢两层板进行数值模拟,分析焊接过程中的温度场及应力应变场分布特点,并研究不同的焊接工艺参数对焊接质量的影响和熔核的形成过程。本文通过对点焊预压过程有限元模拟的分析可知,预压结束时,电极和工件所受的均为轴向压应力。轴向压应力在电极与工件接触面间的中心区域会出现最大值,距离电极-工件接触面的中心区域越远,轴向压应力值越小,轴向压应力变化梯度最大处在于电极-工件接触面的边缘处。预压过程中,电极和工件都发生了压缩塑性变形,电极的最大压缩塑性变形出现在电极-工件接触面附近电极的内部,工件的最大压缩塑性变形出现在接触面处。在预压模拟的基础上,对点焊的通电加热过程进行有限元模拟。根据预压结束时接触面的接触情况,杀死热电耦合模型中接触面上未接触的单元,进行热电耦合模拟,在热电耦合模拟中,在各个接触面间建立一层厚度为0.05mm的实体单元作为接触电阻。将热电耦合模拟结束时得到的温度场作为载荷施加到热力耦合有限元模型中进行热力耦合模拟研究,依次循环直至通电加热结束,即可完成通电加热过程的有限元模拟。对点焊的通电加热过程进行模拟后,可得出通电加热过程中温度场的分布特点和应力、应变场分布规律,从而可以分析研究熔核的形成过程。为了研究不同焊接工艺参数对焊接时熔核形成过程的影响,对不同焊接工艺参数的通电加热过程进行有限元模拟,模拟结果表明:电极压力影响点焊的焊透率,增大电极压力,熔核尺寸减小;焊接电流对熔核形成过程的影响较大,焊接电流过大,可能会产生喷溅或表面压痕过深;焊接通电时间对焊接质量的影响与焊接电流对焊接质量的影响相似。本文也对非等厚不锈钢三层板的单面双点焊进行了数值模拟,可以得到点焊过程中的温度场分布图,并研究不同焊接工艺参数对点焊过程的影响。
【关键词】：单面双点焊 不锈钢 数值模拟 球形电极
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG453.9
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-13
• 第1章 绪论13-23
• 1.1 选题背景及意义13-14
• 1.2 电阻点焊简介14-16
• 1.2.1 电阻点焊基本原理14-15
• 1.2.2 点焊分类15-16
• 1.3 电阻点焊过程有限元模拟的研究进展与现状16-22
• 1.3.1 电阻点焊过程数值模拟技术的发展16-19
• 1.3.2 电阻点焊有限元模拟存在的问题及发展趋势19-20
• 1.3.3 有限元法概述20-22
• 1.4 本文主要研究内容22-23
• 第2章 不锈钢单面双点焊预压接触分析23-37
• 2.1 弹塑性接触有限元分析理论23-25
• 2.1.1 弹塑性有限元分析理论23-24
• 2.1.2 接触分析24-25
• 2.2 不锈钢单面双点焊预压过程有限元模型的建立25-30
• 2.2.1 建模的假设条件25
• 2.2.2 实体几何模型25-26
• 2.2.3 网格划分及边界条件的加载26-30
• 2.3 材料成分及力学性能参数30-31
• 2.4 求解设置31
• 2.5 预压模拟结果分析31-36
• 2.5.1 预压结束时应力、应变场分布情况31-33
• 2.5.2 预压结束时接触压力分布情况33-36
• 2.6 本章小结36-37
• 第3章 不锈钢单面双点焊热电力多场耦合模拟分析37-51
• 3.1 点焊过程的基本控制方程37-39
• 3.1.1 热传导方程37-38
• 3.1.2 电传导方程38
• 3.1.3 热弹塑性应力、应变关系38-39
• 3.2 点焊耦合有限元模型的建立39-42
• 3.2.1 建模的简化和假设条件39
• 3.2.2 有限元模型的建立及网格划分39-41
• 3.2.3 边界条件的加载41-42
• 3.3 点焊数值模拟中关键技术的处理42-46
• 3.3.1 材料的性能参数42-45
• 3.3.2 接触电阻的处理45-46
• 3.4 单面双点焊模拟流程46-49
• 3.5 本章小结49-51
• 第4章 不锈钢单面双点焊热电力耦合模拟结果分析51-65
• 4.1 单面双点焊的温度场分布51-54
• 4.2 单面双点焊的应力应变场分布54-56
• 4.3 接触半径的变化56-57
• 4.4 点焊工艺参数对熔核形成过程的影响57-62
• 4.4.1 焊接电流对熔核形成过程的影响57-59
• 4.4.2 电极压力对熔核形成过程的影响59-60
• 4.4.3 焊接时间对熔核形成过程的影响60-62
• 4.5 试验验证62-63
• 4.5.1 试验条件62
• 4.5.2 试验结果与误差分析62-63
• 4.6 本章小结63-65
• 第5章 不锈钢三层板单面双点焊热电力耦合数值模拟65-71
• 5.1 三层板点焊耦合模型的建立65-66
• 5.1.1 实体模型的建立65
• 5.1.2 有限元模型的建立及网格划分65-66
• 5.1.3 边界条件的加载66
• 5.2 非等厚不锈钢三层板单面双点焊模拟结果分析66-68
• 5.3 焊接规范参数对点焊过程的影响68-69
• 5.4 本章小结69-71
• 第6章 结论71-73
• 参考文献73-79
• 致谢79

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨浩;孟凡军;孙阳;何毅;贺飞;郭丽;;自动电阻焊技术在梯子梁制造中的应用[J];新技术新工艺;2013年06期

2 刘昶;郭钟宁;莫秉华;;电阻点焊过程数值模拟技术研究进展及应用[J];机电工程技术;2010年09期

3 刘政军;陈超;苏允海;;钉头管电阻点焊工艺研究[J];热加工工艺;2010年05期

4 张洪逵;季小辉;徐凤林;戴忠晨;金文涛;;不锈钢车体塞焊问题研究[J];金属加工(热加工);2009年16期

5 谢素明;隋明东;李晓峰;兆文忠;;不锈钢点焊结构车体FEA建模方法[J];大连交通大学学报;2007年01期

6 侯志刚;李春植;王元勋;陈传尧;;点焊过程力学特征的有限元分析[J];机械强度;2005年06期

7 侯志刚,王元勋,陈传尧,李春植;薄板点焊预压时接触压力的有限元分析[J];汽车技术;2004年09期

8 李刚卿,韩晓辉;不锈钢车体的焊接工艺及发展[J];机车车辆工艺;2004年01期

9 王春生,陈勇,韩凤武,陆培德,王洪亮;三层不锈钢板电阻点焊温度场数值模拟[J];机械工程学报;2004年01期

10 龙昕,汪建华,张增艳,魏良武,陆皓;电阻点焊温度场分布的数值模拟[J];上海交通大学学报;2001年03期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 丁昌;真空环境下玻璃钢界面接触传热特性研究[D];上海交通大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 马政;基于温度场的双相钢点焊接头微观组织和应力场研究[D];华中科技大学;2012年

2 宋渊;不锈钢点焊接头焊接变形数值模拟分析[D];西南交通大学;2009年

3 吴元峰;低碳钢电阻点焊过程的数值模拟[D];合肥工业大学;2005年

，

本文编号：963306