激光熔覆镍基合金温度场和应力场数值模拟

文中采用SYSWELD软件分别对激光单道和搭接熔覆过程进行模拟分析. 结果表明,激光熔覆处理时经历了快速加热、快速冷却的过程,具有较高的过热度,单道处理时熔覆层表面中心点峰值温度最高,可达2 589 ℃;随着远离熔池中心,各点峰值温度逐渐降低. 激光单道处理后,熔覆层内受拉应力,最大值出现熔覆层与基体交界处,热影响区受压应力. 搭接处理后第一道熔覆层仍受拉应力,但拉应力值明显降低,最大值在热影响区. 由于第一道熔覆的预热作用,第二道各点峰值温度均高于单道处理,应力最大值出现在靠近熔覆层底部位置,而热影响区受压应力.     

AlSi10Mg铝合金选区激光熔化热行为的数值研究

利用ANSYS有限元分析软件建立了选区激光熔化(SLM)的单层多道的三维温度场有限元模型,针对AlSi10Mg铝合金材料进行模拟,研究了扫描速度对AlSi10Mg铝合金选区激光熔化热行为的影响。结果表明:随扫描时间的增加,由于前一扫描道对后一扫描道的热积累效应,后一扫描道上监测点的熔池温度越来越高,尺寸越来越大。随扫描速度的增加,同一监测点的熔池最高温度、尺寸和液相存在时间都逐渐减小,熔池沿扫描方向和垂直扫描方向的温度梯度略微增大。试验结果与数值模拟结果吻合良好。     

矩形断面铜包铝轧制成形有限元数值模拟

采用有限元数值模拟方法,研究了矩形断面铜包铝复合铸坯轧制成形铜包铝扁排时的金属变形和流动规律,以及工艺参数对宽展率和铜层厚度比的影响。结果表明,变形区宽面铜层在压下方向主要为压应力状态,而在轧制方向主要为拉应力状态。变形区窄面铜层在压下方向主要为压应力状态,但存在局部拉应力区,在轧制方向主要为拉应力状态。窄面铜层的双向拉应力是导致该位置易发生开裂的主要原因。在所研究的轧制工艺参数中,单道次相对压下率对轧制宽展率和铜层厚度比的影响最大,而采用较大的轧辊直径不仅可以获得较大宽展,而且对铜层厚度比的影响较小,因而铜包铝复合棒坯轧制时,宜采用较大的轧辊直径,并合理控制轧制的道次压下率。通过实验验证,数值模拟的计算精度可满足工程要求。     

GH4169合金激光增材制造过程热-力发展数值模拟

为解决GH4169合金激光增材制造过程中变形甚至开裂的问题,采用直接耦合热弹塑性有限元方法对GH4169合金单道多层墙体激光增材制造过程温度和应力演变进行仿真分析。计算表明,激光增材过程沉积试件经过快速加热和凝固冷却过程,温度变化速率超过1×10^(5)℃/s。热循环温度峰值超过2500℃,最高达2876℃。激光沉积扫描过的区域因冷却收缩受到约束产生较高的应力。后道沉积时激光扫描到的区域温度再次升高,先会释放前道沉积形成的应力,随着温度降低会造成更大的应力。热源加载结束的一瞬间沉积层与基板连接的部分温度存在反常增加的现象。沉积层残余应力以拉应力为主,高达875 MPa,沿沉积方向的应力分量最大。基板在与沉积层结合部位附近残余应力达到800 MPa左右,与其相对应的远处分布有残余压应力。     

2Cr13不锈钢在激光成形修复过程中热影响区的力学性能演变

利用激光成形修复技术,对2Cr13不锈钢的热影响区进行了单道单层、单道多层、多道单层及多道多层4种不同形式的激光修复实验。通过硬度检测和金相观察确定修复区的组织结构特征,根据热影响区的温度场计算机模拟分析了结构组织成形机理。     

预热温度对微弧等离子弧单道焊残余应力和性能的影响

文中通过数值模拟建立了微弧等离子弧焊的模型,研究了不同预热温度对微弧等离子弧单道焊残余应力的影响规律,通过X射线残余应力仪测量了焊后件的残余应力,验证了模型的准确性。结果表明,等离子弧堆焊过程中的预热提高了热输入,使焊接熔池变深,热影响区变宽;焊后最大残余应力发生在热影响区内,最大残余应力在y方向上,最大值为1 022 MPa,且为拉应力。随着预热温度的提高,最大残余应力逐步下降,最大残余应力区域逐步向外扩展,趋势与热影响区的一致。最大显微硬度值在热影响区,随着预热温度的提高,硬度逐步在提高。热影响区内产生的马氏体组织是硬度提高的根本原因。     

基于ABAQUS的镁/钢异种金属激光焊接的数值模拟

利用ABAQUS有限元软件对镁/钢异种金属激光焊进行数值模拟,研究焊接过程中温度场及应力场的分布规律,对比分析模拟结果与试验结果并进行验证,从热传递角度分析添加镍箔中间层对镁钢搭接激光焊的影响,对其进行温度场和应力场模拟.结果表明:模拟结果与镁钢激光焊的试验结果较为吻合,镍中间层减缓了钢侧向镁侧的热传递,使镁侧温度梯度减小;应力场模拟结果表明钢侧与焊缝中心线上的残余应力以拉应力为主,垂直于焊缝方向,钢侧与镁侧焊缝及热影响区域的残余应力以拉应力为主;在远离焊缝区域逐渐从拉应力转变为压应力,镁侧的应力转变趋势比钢侧较为缓和;在添加镍箔后,镁侧焊缝整体残余应力集中情况明显改善,应力过渡趋势减缓.     

奥氏体不锈钢单层焊与多层焊残余应力数值分析

基于SYSWELD有限元模拟技术,模拟奥氏体不锈钢对接接头单道单层焊和单道多层焊2种焊接工艺下的焊接残余应力场分布。单层焊采用大电流熔化极惰性气体保护焊,多层焊第1层采用钨极氩弧焊,中间层和表面层采用焊条电弧焊,同时对结果进行分析比较。结果发现:单道多层焊比单道单层大电流焊焊接效果好,焊接残余应力最大值分布区域更小,因为多层焊的焊接电流小,焊接层次增加使得热输入小,造成受热范围减小,同时后层焊缝对前层焊缝具有热处理的作用,因而改善了残余应力和焊接接头组织。研究方法和研究结果为对接接头的残余应力预测和焊接质量控制提供参考。     

基于Simufact.Welding的空间框架结构单层单道焊和两层三道焊数值模拟

使用焊接专用软件Simufact.Welding模拟了Q345空间框架结构的二氧化碳气体保护焊的单层单道和两层三道过程,得到了框架结构的等效应力和总变形量。结果表明:这两种焊接方法的等效应力和总变形分布极为相似,但单层单道焊缝的等效应力和总变形比两层三道焊缝小,两层三道焊的应力和变形分布区域更大。     

X80管道环缝焊接残余应力数值模拟

利用ABAQUS软件对直径1 016 mm的X80天然气管道进行单层单道、4层4道与6层6道环缝的焊接模拟,研究管道的壁厚一定时,随焊接层数的变化,管道内、外表面轴向和环向焊接残余应力的变化趋势;随后对管道进行焊后热处理的模拟,考察经过热处理工艺后的残余应力变化规律.研究结果表明,当焊接层数增加时,环焊缝截面高应力区域的焊接残余应力大小整体下降;管道内、外表面的环向应力分布规律整体表现为由拉应力变为压应力,与4层、6层焊接不同,单层焊接管道外表面的轴向应力始终为压应力;热处理后,外表面的轴向应力峰值有较明显的减小作用,降低幅度为51.5％.内表面的环向应力峰值有较明显的减小作用,降低幅度为65.1％..     

深水柔性管道骨架层的多道次冷弯工艺分析

利用数值软件模拟深水柔性管道骨架层的单道次冷弯成形,并用实验进行验证,确定数值模型及其中的参数设置.进一步分析了金属板厚度、成形角度与道次等工艺参数对骨架层残余应力及回弹变形的影响规律.模拟骨架层多道次的冷弯成形过程,给出加工残余应力随整个加工过程的变化规律.     

大型电机转子焊接残余应力的数值分析

利用轴对称模型研究了大型电机转子焊接残余应力分布规律 ,探讨了单层单道焊情况下两侧同时焊接、热套、预热等工艺以及三层四道焊情况下焊接顺序对焊接残余应力的影响。研究结果表明 ,磁轭圈与辐板焊接后在焊缝及其周围区域产生较大的三向残余拉应力 ;两侧同时焊接可大大降低径向残余应力 ;热套可降低三向残余拉应力 ,热套后直接焊与热套后先冷却后焊相比效果更佳 ;预热可以降低周向残余拉应力 ;多道焊时径向残余应力主要取决于最后一层 ,尤其是最后一道焊缝 ;两侧的最后一道焊缝同时焊接可显著降低径向残余应力 ,而前面的焊道同时焊接与否并不重要。研究结果为优化生产工艺 ,降低残余应力提供了理论依据     

基体表面粗糙度对激光沉积不锈钢形貌、组织及性能的影响

目的研究基体待沉积表面粗糙度的变化对激光沉积之后沉积层质量(宏观形貌、微观组织和力学性能)的影响,从而获得形貌、组织及性能优良的沉积层。方法采用316L不锈钢粉末,在不同表面粗糙度状态下P20钢基体表面分别进行单道单层、薄壁、多道搭接及块体沉积实验,获得测试分析所需沉积层,基于OM、SEM以及拉伸试验对沉积层组织性能进行分析。结果单道单层时,相对于铣削基体表面沉积层,喷砂基体表面沉积层的熔高、熔深增加幅度达到了100%,而熔宽增加较平缓;单道薄壁时,在前5层的沉积中,喷砂基体表面沉积高度增长达到2.5mm,铣削表面沉积高度仅为前者一半,喷砂基体上沉积层内部孔隙率仅为铣削基体的31%;多道搭接时,随着粗糙度的增大,沉积层截面纵向尺寸H的内部增长范围持续变大,而横向尺寸L范围保持稳定。喷砂基体表面沉积层的σ_b为540.93 MPa,而铣削基体上的σ_b为523.12 MPa。结论随着基体表面粗糙度的增加,沉积过程中陷光效应相应增强,单道单层沉积层的宏观形貌尺寸随之增大。对于薄壁沉积,基体粗糙度对薄壁高度的影响主要集中在前5层,粗糙度的增大使得沉积高度生长加快,内部孔隙率减小。多道搭接时,粗糙度越大,熔高熔深方向的尺寸变化越大,沉积层内部枝晶更加粗大,且不均匀。沉积层内部的抗拉强度随粗糙度的增大而提升。     

超声振动珩磨表面残余应力数值模拟研究

目的磨削产生的残余应力对工件表面特性有重要影响,超声振动珩磨使磨粒具有极大的加速度而改变了材料去除机理,研究超声振动对工件表面残余应力的影响及产生机理。方法分析残余应力形成有限元理论,建立基于热弹塑性有限元法的超声振动单颗CBN磨粒切削40Cr Ni Mo A热力耦合有限元模型,并设置两次切削、卸载、约束转换及冷却等分析步。通过数值模拟得到不同振动参数下表面残余应力的分布情况,并对模拟结果进行分析。结果有限元计算得到的各分析阶段应力分布存在差别,超声振动参数设置达到仿真要求;对磨粒施加超声振动后珩磨力下降约26%,珩磨热降低约17%,切向残余压应力有所减小,垂直珩磨速度方向拉应力减小并向压应力转变。结论超声振动使珩磨力和珩磨热有一定程度降低从而改变了残余应力的分布及数值;振动频率在20 k Hz波动时对残余应力的影响不大;磨削速度减小,切向残余压应力增大,垂直磨削方向残余拉应力减小;振幅增大时,切向残余压应力减小,垂直方向残余应力增大。     

基于ALE方法的二维超声振动切削仿真

文章应用任意拉格朗日方法(ALE)建立超声椭圆振动切削有限元模型,模拟超声振动对切削加工的影响。同时还对钝圆半径对切削温度和残余应力的影响进行模拟研究。从结果可以看出:工件瞬时最高温度随着振动频率的增加先减小后增大,增大速率比减小速率快;振动频率只影响残余应力值大小,对应力层厚度影响较小;随着钝圆半径的增加,残余压应力层厚度基本不变,而拉应力层厚度减小,最大拉应力也随之减小。     

多重热循环和约束条件对P92钢焊接残余应力的影响

系统地研究了在经受多重热循环的作用下,P92钢板中焊接残余应力的演化过程与形成机理。基于SYSWELD有限元软件,开发了计及"热-冶金-力学"耦合的计算方法,数值模拟了Satoh试验和2道重熔平板接头的应力场。在数值模拟中,详细考虑了固态相变引起的体积变化、屈服强度变化和相变塑性对残余应力形成过程的影响。同时,采用了盲孔(HD)法和X射线衍射(XRD)法测量了P92钢两道非熔化极气体保护焊(TIG)重熔的平板接头残余应力分布。计算结果和实验结果表明2者吻合较好,验证了所采用的计算方法的有效性和准确性。模拟结果表明,P92钢两道重熔平板接头的纵向残余应力呈现出清晰的拉-压相间分布形态。每道焊缝及其热影响区(HAZ)的纵向残余应力为压应力,HAZ外侧附近产生了较大的纵向拉应力。此外,还采用数值模拟方法探究了横向拘束对焊接残余应力的影响,数值模拟结果表明,横向约束可以明显降低横向残余应力,特别是焊缝端部的应力峰值。     

TiAl金属间化合物电子束焊接头应力场分布特征

采用热弹塑性有限元方法,对TiAl金属间化合物平板电子束焊接接头的焊接应力进行了三维数值模拟,并分析了应力分布状态与裂纹特征之间的关系.结果表明,沿焊缝方向σx为残余拉应力,在焊道中部维持在较高水平,最高拉应力为390MPa.焊道中部横截面σx方向为残余拉应力,在热影响区附近达到最大值415 MPa,σy方向也为残余拉应力,且在距焊缝中心1.9 mm处达到最高值160 MPa左右.在不同焊接热输入条件下接头最高抗拉强度为304.7 MPa,断裂发生在接头热影响区附近,即残余应力最大的区域.     

水煤气变换反应器筒体焊接残余应力数值模拟与实验

为研究水煤气变换反应器筒体环焊残余应力的分布规律,利用ANSYS软件对含不锈钢复合层的筒体焊缝进行焊接残余应力的数值模拟,同时采用X射线衍射法对筒体焊缝进行残余应力测定。数值模拟结果表明,过渡层焊接残余拉应力远高于复层与基层,形成明显的应力梯度;残余应力在复层表面垂直于焊缝方向上均为压应力,且在焊缝中心压应力最大,沿焊缝方向上为拉应力,最大值出现在焊缝边缘部位;实验测量结果与数值模拟结果一致,验证了数值模拟结果的正确性。     

混合元素法激光立体成形Ti-XAl-YV合金的微观组织演化

研究了混合元素法激光多层沉积Ti-XAl-YV(X≤11,Y≤10)(质量分数,%,下同)合金的微观组织随Al、V元素含量的演化规律。结果发现:随Al、V含量的增加,Ti-XAl-YV合金原始β晶内α域的尺寸和数量逐渐减小,原始β晶内的显微组织逐渐由魏氏组织转化为α和β编织细密的网篮组织,且α板条的尺寸和长宽比显著减小。结合单道多层激光沉积过程热历史循环曲线的计算、合金相变点温度的计算以及Ti-XAl-YV合金的相图分析,研究了单道多层激光沉积Ti-XAl-YV合金α相的形核和生长条件,揭示了微观相结构演化机理。     

铝/钢电弧辅助激光熔钎焊接残余应力及焊接变形（英文）

采用热-弹-塑性有限元法对铝/钢异种金属钨极惰性气体保护(TIG)焊辅助激光对接熔钎焊接(A-LWB)过程进行数值模拟,考虑材料非线性、几何非线性和加工硬化的影响,与单激光焊接(SLWB)过程中温度场、残余应力和焊后变形进行对比。结果表明:数值计算得到的热循环、残余应力和焊接变形与测量结果吻合较好,验证有限元计算方法的有效性。与SLWB相比,A-LWB使得焊缝横向上的高温分布范围变宽,降低焊缝处产生的横向拉应力,缩小焊缝处纵向拉应力的分布范围,在一定程度上减小焊后变形。