焊接變形高精度測(cè)量方法的研究.pdf

1、金屬材料的焊接過(guò)程是一個(gè)冷卻速度非?？斓姆蔷€性過(guò)程。整個(gè)焊接熱循環(huán)的過(guò)程中的不均勻的溫度場(chǎng)和局部塑性變形和比容不同的組織導(dǎo)致金屬材料焊接結(jié)構(gòu)件不可避免的發(fā)生焊接變形。然而通過(guò)簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)公式不能夠精確的預(yù)測(cè)焊接過(guò)程中發(fā)生的焊接變形，特別是大型復(fù)雜的金屬材料焊接件的焊接變形。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于有限元分析的方法被廣泛的應(yīng)用到計(jì)算焊接變形的領(lǐng)域。當(dāng)前基于有限元分析的焊接變形預(yù)測(cè)方法主要有兩種。一種是熱-彈-塑性有限元法，另一種方法是基

2、于固有應(yīng)變理論的彈性有限元法。由于熱-彈-塑性有限元法運(yùn)算量大、速度慢，只適用于預(yù)測(cè)中小型焊接件的焊接變形。而固有應(yīng)變法不著眼整個(gè)焊接和冷卻過(guò)程，而是將固有變形當(dāng)作初始應(yīng)變進(jìn)行彈性有限元分析，在預(yù)測(cè)大型焊接件焊接變形方法中固有應(yīng)變法得到了更為廣泛的運(yùn)用。
　　本文系統(tǒng)地闡述了熱彈塑性有限元理論、固有應(yīng)變有限元理論和固有變形的逆解析原理。基于高效、高精度的數(shù)值模擬研究背景，本文采用基于有限元分析的固有變形逆解析方法來(lái)獲取金屬材料焊接

3、結(jié)構(gòu)件的固有變形。目前測(cè)量金屬材料焊接變形的方法多種多樣，本文通過(guò)分析靜態(tài)測(cè)量的各種方法和瞬態(tài)測(cè)量的各種方法，詳細(xì)闡述了這些變形測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。為了進(jìn)一步提高固有變形逆解析結(jié)果的精度，本文采用BRTApe×710接觸式三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x對(duì)金屬薄板焊接變形進(jìn)行測(cè)量，提出了獲得金屬焊接結(jié)構(gòu)件中面上三維坐標(biāo)值的計(jì)算方法。即在焊接薄板上選取的標(biāo)志點(diǎn)位置加工小孔，然后在測(cè)量這些小孔附近八個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，將測(cè)量獲得的坐標(biāo)值經(jīng)過(guò)一系列運(yùn)算得到小孔中

4、心的三維坐標(biāo)。將計(jì)算得到的小孔中心三維坐標(biāo)值代入開發(fā)的逆解析程序可以得到金屬薄板的固有變形，最后將金屬薄板的固有變形值代入順解析程序中進(jìn)行固有變形的彈性有限元分析。
　　為了驗(yàn)證該儀器測(cè)量結(jié)果的有效性和測(cè)量精度是否滿足高精度的要求，本論文以2 mm和3 mm金屬焊接薄板表面堆焊焊接接頭為例，以計(jì)算得到的小孔中心三維空間坐標(biāo)為已知參數(shù)，基于逆解析方法求得了各成分固有變形，并采用固有應(yīng)變法預(yù)測(cè)了2 mm和3 mm金屬薄板焊接變形。通過(guò)