低碳鋼-低合金高強鋼薄板焊接變形的數(shù)值模擬.pdf

1、由于人類社會對汽車的環(huán)保和節(jié)能有著越來越迫切的要求，汽車的輕量化設(shè)計是目前汽車設(shè)計中的一個重要的研究熱點。本課題以汽車常用的薄板TIG焊焊接過程的數(shù)值模擬為研究對象，應(yīng)用有限元分析理論，重點研究分析了分別以低碳鋼AISI20和低合金高強鋼SM570作為薄板焊件情況下的焊接變形規(guī)律。
　　本研究的有限元分析及計算模擬依靠ABAQUS有限元分析軟件。焊接熱源模型則選擇了加長型橢球等密度模型以保證有效計算精度同時又能大大縮短計算時間。應(yīng)

2、用ABAQUS軟件進行數(shù)值模擬時，為了提高模擬計算的準確性，本文充分考慮了材料熱物理性能與溫度的非線性關(guān)系，針對薄板焊接，特別考慮了幾何非線性問題，對軟件件進行二次開發(fā)，實現(xiàn)溫度場和應(yīng)力應(yīng)變場的耦合計算，較為系統(tǒng)和深入地研究了不同材料、厚度和線能量條件下薄板對接焊接的溫度場、殘余應(yīng)力和殘余變形的分布。
　　本文首先研究模擬了相同尺寸的低合金高強鋼SM570和低碳鋼AISI20兩種材料的薄板對接焊接變形。模擬結(jié)果表明：在相同板材尺寸

3、和焊接工藝規(guī)范的情況下，低合金高強鋼SM570比低碳AISI20的變形量小。由此可見，薄板材料的屈服強度越高，其自由狀態(tài)下焊接產(chǎn)生焊接變形的傾向越小。
　　本文還分別模擬和分析了在相同焊接線能量和不同的線能量的兩種情況下，低合金高強鋼SM570和低碳鋼AISI20兩種材料的薄板對接的焊接變形隨著薄板厚度的變化趨勢。模擬結(jié)果表明：無論焊接的線能量是否變化，薄板對接焊接的焊接變形會隨著薄板厚度的減少而變大。只是在焊接線能量也減小的時候

4、，薄板對接焊接的焊接變形會隨著薄板厚度的減少而變大的幅度也變小。換而言之，對同一種材質(zhì)的薄板焊件而言，板厚越薄，其自由狀態(tài)下焊接產(chǎn)生焊接變形的傾向性越大。
　　本文最后分析了2mm厚的低合金高強鋼SM570和3mm厚低碳鋼AISI20的薄板對接焊接變形。從薄板對接焊接的三個方向的模擬變形結(jié)果看，2mm厚的低合金高強鋼SM570的變形量均小于3mm低碳鋼AISI20的變形量。本研究結(jié)果對汽車車身的輕量化設(shè)計及焊接生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意