鋁合金平板結構焊接熱力學特性分析.pdf

1、鋁合金焊接結構在工業(yè)生產中應用十分廣泛，然而，由于焊接過程高度集中的瞬時熱輸入，鋁合金焊接結構產生熱應力集中、變形，同時也是引發(fā)熱裂紋形成及擴展的主要因素，嚴重影響了鋁合金焊接結構的質量。因此，研究鋁合金焊接結構熱力特性，掌握鋁合金焊接過程溫度場、應力場、工藝參數對熱裂紋敏感性影響及熱裂紋熱力特性，對于豐富和擴展熱彈性力學理論的應用具有學術意義，對于指導抑制鋁合金焊接結構缺陷產生、保證焊接質量具有工程價值。
　　論文在熱彈性力學的

2、基礎上，建立鋁合金平板結構焊接熱力耦合模型，結合有限元數值模擬方法，計算與分析熱源參數對溫度場計算結果的影響，實驗與仿真結合確定了熱源模型，在此基礎上，用間接耦合方法實現鋁合金平板結構焊接溫度場、應力應變場動態(tài)計算，分析不同焊接工藝參數下的鋁合金平板結構凝固裂紋敏感特性，并采用擴展有限元法，對含初始裂紋的鋁合金平板結構焊接加熱及冷卻過程的熱力學特性進行了分析。主要研究內容如下：
　　1.基于熱彈性力學運動和熱傳導方程，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)和遠離焊縫區(qū)進行由密到疏的網格劃分方式，采用 APDL語言編寫程序實現熱源的移動加載，建立了鋁合金平板結構移動熱源作用下的焊接熱力耦合模型及求解方法。
　　2.計算與分析了高斯熱源有效加熱半徑對鋁合金平板結構溫度場的影響規(guī)律，并與熱成像實驗相結合，通過對比計算與實驗得到鋁合金平板結構焊接過程不同時刻焊接溫度場動態(tài)分布規(guī)律以及熱循環(huán)曲線，實現不同焊接工藝參數下的高斯熱源模型參數的

4、確定。
　　3.采用間接熱力耦合分析方法，將溫度場計算結果作為載荷輸入，實現焊接應力應變場數值模擬，分析不同路徑焊接殘余應力場分布，并通過實驗驗證計算結果的準確性，分析敏感溫度區(qū)間應力應變變化規(guī)律。通過熱循環(huán)曲線和應變曲線的轉換，獲得凝固裂紋驅動力曲線，并在此基礎上，分析不同焊接參數對凝固裂紋敏感性的影響。
　　4.基于擴展有限元方法，構建了焊接過程熱作用下的裂紋溫度場、應力場及熱裂紋尖端應力強度因子計算與分析模型，采用順序