TIG焊接過程中LY2鋁合金熱學和力學參數(shù)的反演.pdf

1、焊接過程數(shù)值模擬中需要的各種熱、力學性能參數(shù)的選取,將對數(shù)值模擬結果產(chǎn)生重大影響.這些參數(shù)數(shù)據(jù),尤其是高溫數(shù)據(jù),要么很缺乏,要么雖有測量值,因其是在穩(wěn)定狀態(tài)下獲得的,對焊接過程將不再適用.本文采用多種反演法獲得了TIG焊接過程LY2鋁合金的性能參數(shù),進而分析了LY2性能參數(shù)與溫度以及溫度變化速度之間的綜合關系.根據(jù)傳熱學基本方程,推導了由溫度場全場信息反演材料導熱系數(shù)的逆法反演模型.利用紅外熱象法實測了TIG焊接溫度場,代入到模型中計算

2、了焊接過程LY2鋁合金導熱系數(shù)隨溫度變化關系.采用直接法反演了焊接過程的LY2鋁合金的導熱系數(shù).為此,將導熱系數(shù)與電弧熱效率系數(shù)、有效熱半徑等數(shù)值的初值代入有限元模型中計算焊接溫度場,利用熱象法測量實際焊接過程的溫度場的結果,通過計算溫度場模擬與實驗之間的誤差,改變參數(shù)數(shù)值,直至模擬與實驗之間誤差最小,提取此時對應的參數(shù)數(shù)值,即獲得反演得到的導熱系數(shù).利用激光電子散斑法,獲得了包含焊接位移場信息的散斑原始圖像.對圖像進行了灰度變換和直方

3、圖均衡化處理,然后采用頻域同態(tài)濾波的方法對圖像進行降噪濾波處理,取得了比較好的處理效果.經(jīng)過降噪、二值化、細化、平整、擬合、標定等一系列處理后,在程序中就可以自動生成相對焊接動態(tài)位移場.建立了位移場的有限元分析模型,使得在給定力學性能參數(shù)數(shù)值的情況下,該模型能夠模擬出TIG焊接過程位移場的演化情況.通過比較位移場模擬與散斑測量結果,利用遺傳算法,有效解決了搜索量過大,以及局部最小值的問題,由直接法反演得到了LY2力學性能參數(shù)隨溫度的變化

4、情況.從力學關系和晶體學出發(fā),分析了焊接過程材料性能參數(shù)滯后于穩(wěn)定狀態(tài)下數(shù)值的原因,對4個熱、力學性能參數(shù)變化的理論分析與反演趨勢吻合,證明了直接反演法的正確性.在此基礎上,建立了一個針對材料熱學和力學參數(shù)與溫度及溫度變化速度之間關系的線性模型,定義了變溫過程材料性能抗拒溫度變化的慣性大小的量——遲滯系數(shù).將穩(wěn)定狀態(tài)下性能參數(shù)和考慮性能參數(shù)與溫度及溫度變化速度關系的模型,分別代入移動電弧焊焊接位移場的有限元分析計算,得出焊接位移場,通過