鋁合金平板結(jié)構(gòu)焊接熱力學(xué)特性分析.pdf

1、鋁合金焊接結(jié)構(gòu)在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用十分廣泛，然而，由于焊接過程高度集中的瞬時(shí)熱輸入，鋁合金焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱應(yīng)力集中、變形，同時(shí)也是引發(fā)熱裂紋形成及擴(kuò)展的主要因素，嚴(yán)重影響了鋁合金焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。因此，研究鋁合金焊接結(jié)構(gòu)熱力特性，掌握鋁合金焊接過程溫度場、應(yīng)力場、工藝參數(shù)對熱裂紋敏感性影響及熱裂紋熱力特性，對于豐富和擴(kuò)展熱彈性力學(xué)理論的應(yīng)用具有學(xué)術(shù)意義，對于指導(dǎo)抑制鋁合金焊接結(jié)構(gòu)缺陷產(chǎn)生、保證焊接質(zhì)量具有工程價(jià)值。
　　論文在熱彈性力學(xué)的

2、基礎(chǔ)上，建立鋁合金平板結(jié)構(gòu)焊接熱力耦合模型，結(jié)合有限元數(shù)值模擬方法，計(jì)算與分析熱源參數(shù)對溫度場計(jì)算結(jié)果的影響，實(shí)驗(yàn)與仿真結(jié)合確定了熱源模型，在此基礎(chǔ)上，用間接耦合方法實(shí)現(xiàn)鋁合金平板結(jié)構(gòu)焊接溫度場、應(yīng)力應(yīng)變場動(dòng)態(tài)計(jì)算，分析不同焊接工藝參數(shù)下的鋁合金平板結(jié)構(gòu)凝固裂紋敏感特性，并采用擴(kuò)展有限元法，對含初始裂紋的鋁合金平板結(jié)構(gòu)焊接加熱及冷卻過程的熱力學(xué)特性進(jìn)行了分析。主要研究內(nèi)容如下：
　　1.基于熱彈性力學(xué)運(yùn)動(dòng)和熱傳導(dǎo)方程，選取高斯熱源

3、模型，考慮材料性能隨溫度變化而變化，在焊縫區(qū)、熱影響區(qū)和遠(yuǎn)離焊縫區(qū)進(jìn)行由密到疏的網(wǎng)格劃分方式，采用 APDL語言編寫程序?qū)崿F(xiàn)熱源的移動(dòng)加載，建立了鋁合金平板結(jié)構(gòu)移動(dòng)熱源作用下的焊接熱力耦合模型及求解方法。
　　2.計(jì)算與分析了高斯熱源有效加熱半徑對鋁合金平板結(jié)構(gòu)溫度場的影響規(guī)律，并與熱成像實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，通過對比計(jì)算與實(shí)驗(yàn)得到鋁合金平板結(jié)構(gòu)焊接過程不同時(shí)刻焊接溫度場動(dòng)態(tài)分布規(guī)律以及熱循環(huán)曲線，實(shí)現(xiàn)不同焊接工藝參數(shù)下的高斯熱源模型參數(shù)的

4、確定。
　　3.采用間接熱力耦合分析方法，將溫度場計(jì)算結(jié)果作為載荷輸入，實(shí)現(xiàn)焊接應(yīng)力應(yīng)變場數(shù)值模擬，分析不同路徑焊接殘余應(yīng)力場分布，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，分析敏感溫度區(qū)間應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律。通過熱循環(huán)曲線和應(yīng)變曲線的轉(zhuǎn)換，獲得凝固裂紋驅(qū)動(dòng)力曲線，并在此基礎(chǔ)上，分析不同焊接參數(shù)對凝固裂紋敏感性的影響。
　　4.基于擴(kuò)展有限元方法，構(gòu)建了焊接過程熱作用下的裂紋溫度場、應(yīng)力場及熱裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子計(jì)算與分析模型，采用順序