激光焊接殘余應(yīng)力測量方法及其對加筋壁板承載能力的影響分析.pdf

1、激光焊接技術(shù)實現(xiàn)了桁條與蒙皮結(jié)構(gòu)整體焊接壁板制造，提高了飛行器整體壁板結(jié)構(gòu)的制造水平。然而，焊接熱效應(yīng)退化了局部的材料性質(zhì)，造成焊接接頭不可避免地存在熱變形和熱殘余應(yīng)力。本文開展了激光焊接殘余應(yīng)力測量的輪廓法研究，考慮殘余應(yīng)力的影響，評估了激光焊接加筋壁板的拉伸承載能力，討論了桁條與蒙皮的失效機理。
　　首先，全面總結(jié)了輪廓法測量殘余應(yīng)力的基本理論、技術(shù)細(xì)節(jié)和影響因素。輪廓法的基本原理是將試件線切割成兩個部分并測量由于殘余應(yīng)力釋放

2、而產(chǎn)生的輪廓變形；然后將反向的變形輪廓作為位移邊界條件施加給有限元模型，來確定使切割表面被迫回到其原始形狀而產(chǎn)生的應(yīng)力；應(yīng)用應(yīng)力疊加原理確定整個部件的原始?xì)堄鄳?yīng)力。該方法是將固體力學(xué)理論、實驗和有限元計算三者相互結(jié)合來確定殘余應(yīng)力的方法，適用于金屬法向全場殘余應(yīng)力測量。
　　其次，針對6061鋁合金激光對接焊實驗件，經(jīng)過線切割、變形輪廓測量、數(shù)據(jù)光滑擬合、有限元建模、切割面有限元節(jié)點上施加反向輪廓位移進(jìn)行有限元計算，得到激光焊接實

3、驗件切割面上法向全場殘余應(yīng)力以及整個截面輪廓變形。結(jié)果表明：焊接實驗件在橫截面方向上的縱向殘余應(yīng)力大致呈“W”型分布；在焊縫中心處為拉應(yīng)力，靠近焊縫中心兩側(cè)對稱位置出現(xiàn)最大壓應(yīng)力，遠(yuǎn)離焊縫中心兩側(cè)壓應(yīng)力趨近于零。
　　第三，以實際焊縫形貌作為熱源特征參數(shù)，采用改進(jìn)的激光焊接錐形體熱源模型，建立完整的激光焊接壁板有限元三維模型，采用熱/結(jié)構(gòu)順序耦合分析法，計算給出焊接后的殘余應(yīng)力場分布。計算結(jié)果表明與輪廓法實測殘余應(yīng)力分布吻合良好，