激光透射焊接PA66數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、激光透射焊接是一種新興的塑料連接方式，以其焊接精度高、焊縫質(zhì)量好、便于控制、對(duì)工件破壞小等優(yōu)點(diǎn)，在生物醫(yī)學(xué)、微器件制造、汽車零部件、產(chǎn)品包裝等領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，已成為國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。迄今為止，激光透射焊接在實(shí)驗(yàn)工藝方面的研究已經(jīng)相對(duì)完善，相比之下，數(shù)值模擬方面的研究還有許多方面有待深入和完善。
　　本文以汽車行業(yè)廣泛使用的PA66為研究對(duì)象，基于體熱源建立了考慮界面接觸狀態(tài)的激光透射焊接溫度場(chǎng)模型，通過模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的

2、手段探究了界面接觸狀態(tài)對(duì)焊接結(jié)果的影響;隨后又針對(duì)PA66焊后拉伸測(cè)試建立了拉伸有限元模型，分析了拉伸測(cè)試過程中拉伸件的受力變形情況。
　　在探究界面接觸狀態(tài)對(duì)焊接結(jié)果的影響方面:首先，基于比爾-朗伯定律構(gòu)建了與下層PA66相匹配的體熱源并將熱接觸傳導(dǎo)引入到溫度場(chǎng)模型之中，使用ANSYS中的APDL語(yǔ)言編程建立了可以反映界面接觸狀態(tài)影響的接觸傳導(dǎo)模型;接著，采用接觸傳導(dǎo)模型對(duì)無(wú)間隙下的激光透射焊接溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬，將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)

3、結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)接觸傳導(dǎo)模型不僅可以得到與實(shí)際結(jié)果更加吻合的熱影響區(qū)形貌，而且能同時(shí)對(duì)上、下層熱影響區(qū)深度和寬度作出準(zhǔn)確預(yù)測(cè);隨后，進(jìn)一步采用接觸傳導(dǎo)模型對(duì)間隙存在下的溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，發(fā)現(xiàn)接觸傳導(dǎo)模型也能對(duì)間隙存在時(shí)的溫度場(chǎng)及焊縫形貌變化作出合理的預(yù)測(cè)和解釋;最后，進(jìn)一步研究了界面接觸狀態(tài)對(duì)最大拉伸載荷的影響，發(fā)現(xiàn)焊縫寬度的減小和上下材料在焊縫處的融合程度的減弱，是間隙存在時(shí)拉伸件最大拉伸載荷減小的原因。

4、r>　　在拉伸模擬方面:首先，針對(duì)PA66的焊后拉伸測(cè)試過程建立了三維靜力學(xué)模型，模擬得到了拉伸試樣的載荷-位移曲線和變形情況;隨后，探究了焊接界面處的剪切應(yīng)力及Von Mises應(yīng)力分布規(guī)律，并對(duì)拉伸件的起始失效位置及失效路經(jīng)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。研究結(jié)果表明，拉伸模型可以良好的預(yù)測(cè)拉伸過程中拉伸件的彎曲變形，模擬得到的載荷-位移曲線也與實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有良好的一致性;模擬還發(fā)現(xiàn)，拉伸過程中界面處的剪切應(yīng)力和Von Mises應(yīng)力具有相似的分布規(guī)律: