基于热、电、力耦合的金属薄板件焊接变形研究

发布时间：2017-09-06 03:39

  本文关键词：基于热、电、力耦合的金属薄板件焊接变形研究

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【摘要】：目前车身轻量化作为节能减排的重要手段,已得到众多汽车企业高度认同和重视。由于汽车车身零件繁多,在“合适的部位应用合适的材料”已经成为了车身轻量化的发展方向。将来车身应由钢及其铝合金、镁合金等轻质材料混联的薄板结构装配而成,兼顾轻量化、安全性和制造成本等各方面的需求,成为了车身发展的主要方向。而钢-铝薄板连接成为多材料混联车身最主要的装配方式,但是由于钢-铝合金的变形指数、线膨胀系数和热导率等材料特性的巨大差异,造成了装配尺寸质量难于控制。因此研究钢-铝薄板焊装过程中的变形规律和控制方法,是目前亟待解决的问题。本文首先应用薄板装配试验验证有限元仿真分析的正确性,以此为基础,通过有限元仿真分析各个焊接因素对焊接变形位移量(以下简称焊接变形)的影响,然后建立焊接变形的响应面模型,最后应用反变形法减少焊装误差,具体研究内容如下:(1)钢-铝薄板焊接装配试验本文采用对分法确定铝和钢三层薄板点焊参数范围,然后选定焊接参数进行物理试验。试验前对焊件进行处理和夹具设计,可有效的提高焊接质量。通过焊接试验,观测板件焊核大小和变形情况,最后对焊后板件进行拉伸试验,在显微镜下观察焊件形态,从而综合地评定焊接质量。(2)钢-铝薄板零件点焊仿真分析根据钢-铝薄板装配试验结果,应用焊接分析软件(SYSWELD)进行有限元仿真。本文采用热-电-力直接耦合方法,对温度场、应力应变场和变形位移场进行分析,通过对整个焊接过程典型时刻的云图的分析,将焊核形状、大小与试验板件进行对比,验证了仿真分析的有效性。在此基础上,运用控制变量法设计试验参数组合方案,系统地研究各点焊参数与焊接变形之间的关系,为有效地控制焊接变形提供理论依据。(3)钢-铝薄板点焊变形响应面模型建立基于最小二乘法建立钢和铝异种材料薄板点焊变形与各个焊接参数之间的响应面模型,并以此为基础,对车身典型Z型薄板零件的焊接变形控制试验进行分析,通过焊前施加与焊接变形相反的变形量,焊后变形位移量减少,表明了该响应面模型能够有效的预测焊接变形,并通过反变形法有效地减小焊接变形。本项目的研究成果不仅用于钢-铝薄板件点焊变形控制,而且将来也可以拓展到镁-铝、镁-钢、钛-钢等异种材料,从而广泛应用于车身、机身、机翼、船身等薄板制造产业中,具有很强的科学探索价值和广阔的工程应用前景。
【关键词】：异种金属 轻量化 焊接变形 响应面模型 反变形
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U466
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-13
• 第一章 绪论13-23
• 1.1 研究背景、意义及课题来源13-15
• 1.1.1 研究背景13-14
• 1.1.2 研究意义14-15
• 1.1.3 课题来源15
• 1.2 焊接变形的研究现状15-18
• 1.3 焊接变形控制方法18-19
• 1.4 目前研究中存在的问题19-20
• 1.5 研究内容与体系框架20-23
• 1.5.1 研究内容20
• 1.5.2 论文体系结构20-23
• 第二章 异种金属焊接试验过程与分析23-33
• 2.1 引言23
• 2.2 影响焊接质量的因素23-24
• 2.3 试验准备24-25
• 2.3.1 试验材料和连接方式24-25
• 2.3.2 焊件的预处理25
• 2.4 三层板件焊接工艺参数确定25-28
• 2.4.1 焊接规范选择方法25-26
• 2.4.2 钢-铝工艺参数确定26-28
• 2.5 试验过程与结果分析28-31
• 2.5.1 点焊试验设备28-29
• 2.5.2 焊接接头性能测试29-31
• 2.6 小结31-33
• 第三章 钢和铝异种金属点焊过程数值模拟33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 钢和铝点焊过程有限元模型建立33-37
• 3.2.1 有限元仿真理论33-34
• 3.2.2 SYSWELD软件简介34-35
• 3.2.3 模型的条件假设35
• 3.2.4 模型的建立和网格划分35-36
• 3.2.5 边界条件36-37
• 3.3 数值仿真结果及分析37-42
• 3.3.1 点焊温度场数值模拟结果及分析37-38
• 3.3.2 点焊应力场数值模拟结果及分析38-40
• 3.3.3 焊接变形数值模拟结果及分析40-42
• 3.4 试验验证42-43
• 3.5 本章小结43-45
• 第四章 焊接变形影响因素分析与讨论45-53
• 4.1 引言45
• 4.2 焊接工艺规范45
• 4.3 焊接工艺参数的确定45-46
• 4.4 焊接参数对焊件变形的影响46-51
• 4.4.1 不同电极压力下的变形结果与分析46-47
• 4.4.2 不同焊接电流下的变形结果和分析47-49
• 4.4.3 不同通电时间下的变形结果与分析49-50
• 4.4.4 不同焊件厚度下的变形结果和分析50-51
• 4.5 本章小结51-53
• 第五章 车身Z型薄板焊接变形控制应用案例53-64
• 5.1 引言53
• 5.2 多元线性回归方程53-54
• 5.2.1 多元线性回归模型53-54
• 5.2.2 回归系数的最小二乘法估计54
• 5.2.3 多元线性回归的显著性检验54
• 5.3 焊接变形响应面模型的建立54-59
• 5.3.1 数据采集54-55
• 5.3.2 方程拟合过程与结果55-57
• 5.3.3 拟合方程的显著性检验57-59
• 5.4 响应面模型案例验证59-63
• 5.4.1 试验模型设计59-60
• 5.4.2 焊接变形量的确定60-61
• 5.4.3 试验过程与结果分析61-63
• 5.5 本章小结63-64
• 第六章 总结与展望64-67
• 6.1 主要研究内容及结论64-65
• 6.2 本文创新点65
• 6.3 不足及展望65-67
• 参考文献67-71
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果71-72
• 致谢72-73

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1 侯志刚,马W，

本文编号：801989