应力应变、疲劳与脆断、断裂力学

20093070搅拌摩擦焊应力变形有限元模拟的研究进展/鄢东洋…//焊接.-2009(1):19~24,40搅拌摩擦焊因其独有的特点而被广泛应用于铝合金的焊接,虽然焊后残余应力和变形比普通熔化焊小,但它同样是一个不均匀的热过程,焊后残余应力和变形不可避免,而且部分试验已经显示出其残余应力和变形对结构尺寸精度和使用性能有显著影响,因此针对搅拌摩擦焊残余应力和变形的研究有重要的现实意义。除了实际的焊接和测量试验外,数值模拟技术是目前研究搅拌摩擦焊残余应力和变形的重要手段,也取得了很多可喜的研究结果。从焊接热载荷、搅拌头力作用、母材性能参数和卡具作用等方面较为详尽地总结了搅拌摩擦焊残余应力和变形数值模拟的研究进展和未来发展方向。图6参4120093071薄壁铝合金搅拌摩擦焊焊接应力变形与控制/李光…//焊接.-2009(1):29~32搅拌摩擦焊(FSW)焊接残余应力变形表现出与传统熔焊不同的规律,研究了薄壁铝合金搅拌摩擦焊残余应力分布规律和焊接变形控制方法,结果表明,纵向残余应力峰值并非出现于焊缝中心,热影响区和热机影响区是残余应力相对较大的区域。基于动态低应力无变形焊接方法,设计开发了一套热沉系统,进行了动态低...     

5A06铝合金扫描激光填丝焊接头变形及应力分析

以30 mm厚5A06铝合金为研究对象，基于SYSWELD有限元分析软件，根据热-弹-塑性理论，建立5A06铝合金扫描激光多层多道焊接接头有限元模型，对其焊接接头的温度场、残余应力及变形进行模拟计算，并进行了试验验证. 模拟结果表明，窄间隙激光填丝焊每个道次的热输入量较小，不会造成热影响区晶粒长大. 焊缝横向残余应力最大值出现在接头靠近下表面的区域，约为130 MPa；靠近上表面处的纵向残余应力最大. 厚度方向上残余应力值较小. 通过与实测值对比，残余应力及变形的模拟值与实测值基本一致，可对接头的残余应力分布及焊后变形进行预测分析.     

考虑铝合金接头软化的焊接变形及残余应力预测方法

针对铝合金焊接接头的软化问题,通过采用合理材料模型对该问题进行了描述,并在此基础上开发了相应的热-弹-塑性有限元计算方法来预测铝合金薄板的焊接变形和残余应力.以TIG重熔铝合金薄板为例,模拟分析了焊接过程中的温度场、残余应力和焊接变形.同时,采用试验方法测量了焊件的挠曲变形.结果表明,考虑软化现象的有限元数值计算结果与试验测量结果更吻合,验证了提出材料模型和所开发的有限元计算方法的有效性;对于接头软化较为明显的铝合金材料,进行焊接残余应力的数值模拟时有必要建立反映接头软化的材料模型.     

搅拌摩擦焊应力变形有限元模拟的研究进展

搅拌摩擦焊因其独有的特点而被广泛应用于铝合金的焊接,虽然焊后残余应力和变形比普通熔化焊小,但它同样是一个不均匀的热过程,焊后残余应力和变形不可避免,而且部分试验已经显示出其残余应力和变形对结构尺寸精度和使用性能有显著影响,闪此针对搅拌摩擦焊残余应力和变形的研究有重要的现实意义.除了实际的焊接和测量试验外,数值模拟技术是目前研究搅拌摩擦焊残余应力和变形的重要手段,也取得了很多可喜的研究结果.文中从焊接热载荷、搅拌头力作用、母材性能参数和卡具作用等方面较为详尽地总结了搅拌摩擦焊残余应力和变形数值模拟的研究进展和未来发展方向.     

TRT机壳热弹塑性有限元模拟与试验研究

采用大型通用有限元软件对TRT焊接机壳进行焊接过程的模拟。利用有限元软件中的单元生死技术和热-结构耦合技术,成功的预测了TRT机壳焊后残余应力及变形,并通过焊后残余应力测试试验验证对比。结果表明,有限元模拟机壳在焊接过程中,焊缝附近残余应力较大,局部达到其屈服强度;远离焊缝处的壳体上应力较小,均处于弹性变形。进行"盲孔法"测量残余应力,试验测量的残余应力跟模拟所得残余应力分布趋势相同,峰值应力出现的点基本重合。由于机壳实际焊接中施加的约束较多,应力得不到释放,导致试验数值略高于模拟数据。     

铝合金MIG焊L形接头的有限元分析及试验验证

以12 mm厚轨道车辆用铝合金板多层多道MIG焊为研究对象,采用热弹塑性有限元分析和试验验证的方法进行研究。采用更符合实际工况的边界条件简化方法,建立了L形接头单边V形坡口的有限元模形,模拟并分析了L形接头焊接过程中的温度场、应力场和焊接变形,发现有限元法可准确模拟多道焊的热积累效应,预测焊接构件的残余应力和变形分布;同时开展了L形接头多层多道MIG焊试验,并采用盲孔法测量焊后残余应力,对比模拟和实测结果发现,模拟和实测的残余应力在变化趋势和峰值上吻合良好,验证了数值模拟模形的准确性。     

焊接道数和层间温度对5083铝合金多道焊对接接头焊接残余应力和变形的影响

以5083铝合金多道焊对接接头为研究对象，构建了其热-冶金-力学耦合的三维有限元模型，在考虑相变情况下，对两道焊的焊接过程温度场、残余应力分布和变形进行数值计算与分析，并将结果与试验数据进行对比，验证了该模型的准确度。分析了焊接道数和层间温度对焊接残余应力分布以及焊接变形的影响规律，结果表明：随着焊接道数的增加，纵向残余应力逐渐增加，焊接道数对横向残余应力几乎无影响，焊接变形逐渐增加；随着层间温度的升高，纵向残余应力逐渐降低，横向残余应力先减小后增大，但层间温度对焊接变形几乎无影响，可采用100℃作为最佳层间温度进行焊接。     

船用5083铝合金焊后热处理的有限元计算

5083铝合金焊接结构广泛应用于船舶领域,尤其是高速船舶以及相应配套设施。然而因其线胀系数较大往往导致较大的焊接残余应力,增大热裂纹倾向,影响焊接结构强度。为减小5083铝合金焊接残余应力,本文采用了焊后热处理工艺。应用有限元分析软件Marc建立了5083铝合金平板对接TIG焊模型以及焊后热处理模型,对焊接及焊后热处理进行了模拟,计算出不同热处理温度下的焊接残余应力,得到热处理温度与焊接残余应力的规律。计算结果表明,焊后热处理能明显减小焊件残余应力,当热处理温度为560℃时,焊件的纵向残余应力与等效残余应力均达到最小值。     

7B05铝合金平板对接多道焊数值模拟北大核心

针对7B05铝合金平板对接多道焊,开展基准性研究,其目的是为复杂焊接结构数值模拟提供可靠的数值模拟方法。文中建立7B05铝合金焊接热源模型和材料软化模型,采用三维热弹塑性有限元法模拟焊接过程,数值模拟结果与焊接试验测试结果比较,验证焊接数值模拟方法的可靠性。结果表明,焊接数值模拟的温度场、残余应力和焊接变形与实测值非常吻合,验证了数值模拟模型的准确性。     

轨道车辆铝合金MIG焊搭接接头应力及变形研究

为满足轻量化要求,铝合金在轨道交通车辆上的应用越来越多。搭接接头作为轨道车辆常见的接头形式之一,探索其焊接残余应力分布与变形规律对在轨道车辆生产中优化焊接工艺减少焊接变形,提高服役寿命有重要意义。采用热—弹—塑性有限元方法,对板厚2.2 mm和3 mm的6005A-T6铝合金MIG焊搭接接头的焊接温度场、应力场及变形进行模拟,并对比试验结果。结果表明,数值模拟结果与试验结果比较吻合,验证了建立的有限元模型的准确性。从模拟结果来看,铝合金搭接接头残余应力主要分布于焊缝和热影响区,整体呈现非对称性,在厚度方向上变化不明显;焊接变形主要位于下板边缘处,最大变形量达到2.6 mm,板在纵向产生凹向下的变形。     

7B05铝合金平板对接多道焊数值模拟

针对7B05铝合金平板对接多道焊,开展基准性研究,其目的是为复杂焊接结构数值模拟提供可靠的数值模拟方法。文中建立7B05铝合金焊接热源模型和材料软化模型,采用三维热弹塑性有限元法模拟焊接过程,数值模拟结果与焊接试验测试结果比较,验证焊接数值模拟方法的可靠性。结果表明,焊接数值模拟的温度场、残余应力和焊接变形与实测值非常吻合,验证了数值模拟模型的准确性。     

6005A-T6铝合金型材搅拌摩擦焊与MIG焊的数值分析

以轨道车辆用铝合金车钩面板为研究对象,应用数值分析技术,分别模拟了车钩面板MIG焊与搅拌摩擦焊的焊接过程,得到2种焊接方法的焊后变形与残余应力,并进行对比分析。结果表明:采用MIG焊的车钩面板焊接变形呈马鞍状,最大变形量为-1.515mm;较大的焊后残余应力主要集中在焊缝区,最大应力值为248 MPa。搅拌摩擦焊后的车钩面板为反马鞍状变形,变形最大值为-0.72 mm,焊缝区残余应力最大值为225 MPa。经对比可知,采用搅拌摩擦焊的车钩面板焊后变形小于MIG焊的,且焊道中的残余应力较小,为较优的焊接方法。研究结果对促进搅拌摩擦焊在铝合金轨道车辆上的应用具有十分重要的现实意义。     

铝合金地铁车体底架前端地板组成焊接质量控制

在某车型铝合金地铁车体底架的前端地板焊接过程中，前端地板多次产生局部变形，直接影响焊后地板的平面度，乃至影响后道地板安装等工序的顺利进行。焊后调修的工作量大，且多次调修也会降低周边母材的强度，变形严重区域甚至产生开裂。文中根据前端地板焊接结构特点，对引起焊接变形与产生裂纹的原因进行分析，并提出了解决措施，最终通过优化焊接结构、调整焊接顺序、改善焊接工装等方法，将前端地板焊后平面度控制在要求范围内，降低了调修及焊接返修的概率，提高了车体底架前端地板组成焊接的生产效率。     

基于计算机技术铝合金7075激光焊接仿真分析

利用计算机分析技术对7075铝合金激光焊接过程进行了动态模拟与分析,在对激光焊接温度场进行数值模拟的基础上,分析铝合金7075薄板残余应力和变形.结果表明:采用激光焊接功率为4kW、焊接速度为20 mm/s时,其焊后变形为0.16 mm,焊后残余应力也相对较小,并没有超过铝合金7075的屈服强度455 MPa,这表明采用该激光焊接工艺能够成功实现7075铝合金的激光焊接,而不产生明显的焊接变形和过大的残余应力.     

焊接顺序对薄壁箱梁变形和残余应力的影响

为了优化起重机用Q345材料薄壁箱梁结构的焊接顺序,采用有限元热弹塑性分析方法对不同焊接顺序的焊接变形和残余应力进行了数值模拟。定量描述了焊接顺序对焊接变形和残余应力的影响。通过对比分析,总结了焊接变形和残余应力的变化规律,提出了薄壁箱梁结构的最优焊接顺序。结果表明,采用同时同方向分段退焊的焊接顺序,并按照图5中方案三或四进行施焊,可有效控制薄壁箱梁结构的焊接变形和残余应力。     

LD10铝合金随焊碾压工艺的有限元分析

焊接过程产生的焊接应力和变形,不仅影响焊接结构的制造过程,而且还影响焊接结构的使用性能。本文基于LD10铝合金薄板焊接构件的特点,利用有限元模拟软件Marc,综合考虑焊接热源、材料空气散热系数、焊接与冷却时间、碾压力等边界条件,建立了LD10工件的随焊碾压有限元模拟模型。通过模拟其焊接过程,对比了常规焊接和随焊碾压工艺条件下,薄板的残余应力与应变情况,比较不同的碾压参数下焊件的残余应力与应变,确定了碾压力及压下量对焊接残余应力的影响。在此基础上明确了随焊碾压控制焊接残余应力应变的力学机理。     

轨道车辆减振器座焊接工艺

轨道车辆减震器座由铝合金板材拼接而成,其结构焊接结构复杂,焊缝较多,且焊后残余应力较多。针对其MIG焊接工艺,通过试验测试和数值模拟的方法,得出焊接数值模拟方法的可靠性,并验证了目前现场使用的焊接工艺的合理性。进一步提出合理的焊接工艺。减振器座焊后残余应力测试采用盲孔法测试技术测量。减震器座数值模拟采用三维热弹塑性有限元法模拟焊接方法,焊接数值模拟软件为SYSWELD v2012,建立了轨道车辆减震器几何模型、热源模型与材料A7N01P-T4的力学模型。     

基于收缩应变法的地铁铝合金地板FSW数值模拟

为解决地铁铝合金地板搅拌摩擦焊接焊后变形问题,基于顺序热力耦合法与收缩应变法,建立了6005A-T6地铁地板搅拌摩擦焊有限元分析模型。在建立焊接过程等效热源模型基础上,采用顺序热力耦合法对地板局部结构进行热弹塑性有限元分析,计算出平均收缩应变;利用收缩应变法对地板整体进行一次弹塑性计算,对比分析得到的地铁地板整体焊接变形结果与实际测量值。结果表明:有限元计算得到的焊接变形趋势与实际测量结果的一致性较高,且模拟变形量与实验测量值之间的误差在0.5 mm以内,验证了收缩应变法在大型构件搅拌摩擦焊接过程仿真中应用的可行性,为地铁地板等构件实际生产中焊接变形的控制提供了有效的方法以供参考。     

LD10薄板随焊锤击工艺的有限元分析

对于铝合金的焊接其焊后残余应力导致的焊接变形,尤其对于薄板的焊接其焊接变形问题更为严重。本文运用MSC.Marc大型有限元模拟软件对LD10铝合金的随焊锤击工艺进行三维模拟,为优化铝合金随焊锤击工艺的工艺参数,提供了理论依据和指导。结果说明:由于焊接热源后的锤击作用使得作用区域的金属发生了塑性延展,从而导致工件的纵向残余拉应力峰值、纵向残余弹、塑性变形量均逐渐减小。分析认为,随焊锤击能够减少焊接区因局部加热而导致的压缩塑性变形,降低了焊接残余应力,从而起到控制薄板焊接失稳变形的目的。     

铝合金平板变极性等离子弧焊数值模拟与残余应力预测

利用有限元方法对铝合金平板变极性等离子弧焊(VPPAW)焊接过程进行了数值模拟.首先应用三维双椭球热源模型作为输入热源,对VPPAW焊接过程中的焊件温度场及应力场进行了模拟计算.高度不均匀的焊接温度场,导致构件中产生较大的残余应力.最后,对不同对接参数下的焊后平板残余应力进行了测试,并将有限元计算结果与残余应力的实测结果进行了对比,结果显示错边量的大小会对焊后残余应力产生影响;有限元模拟结果与实测结果具有很好的一致性.