基于SPH法的爆炸焊接边界效应二维数值模拟

为了揭示造成爆炸焊接边界效应的机理,文中借助LS-DYNA软件,采用无网格的SPH法分别对复板厚度为2 mm、基板厚度为16 mm的Q235/Q235、TA2/Q235、304不锈钢/Q235复合板进行爆炸焊接边界效应的二维数值模拟. 观察不同组模拟过程中的复板飞行姿态,复板撕裂均发生在与基板碰撞之前. 当基板保持一致,炸药分别为乳化炸药与膨化铵油混合炸药,复板为TA2时均比复板为Q235钢以及304不锈钢的撕裂尺寸更大;当基板、复板均为Q235钢,乳化炸药条件下比膨化铵油混合炸药条件下复板的撕裂尺寸更大. 结果表明,在复板、炸药变化的情况下,爆炸焊接的边界效应依旧存在,只是产生的边界效应的严重程度有所不同;复板极限抗拉强度越低或炸药爆轰速度越高,边界效应现象越严重.     

钛/铝爆炸焊接界面扩散行为分子动力学模拟

为揭示钛/铝爆炸焊接界面原子的扩散行为,采用分子动力学模拟从原子尺度分析了钛/铝爆炸焊接界面原子的微观扩散机理。利用Materials Studio建立了钛/铝爆炸焊接焊点处的分子动力学模型,结合爆炸焊接的物理过程,将爆炸焊接过程分为加载和卸载2个阶段,通过LAMMPS程序计算了爆炸焊接钛、铝原子的均方位移、径向分布函数、扩散层厚度等,利用OVITO软件再现了不同阶段界面原子的扩散行为。在爆炸焊接加载阶段,钛、铝原子不发生扩散,只在平衡位置做振动,铝原子振动要比钛原子振动强。爆炸焊接卸载开始时,钛、铝原子发生互扩散。钛/钛原子键能高,不易破坏,铝/铝原子键能低,容易破坏产生空位、间隙等缺陷,有利于钛原子深入扩散到铝晶格内部,但铝原子难以进入钛的晶格内部。采用扫描电镜和EDS能谱表征了钛/铝爆炸焊接复合材料界面元素分布,与模拟结果有很好的一致性。     

爆炸焊接法制备铟/铁复合板的实验与数值模拟

提出了一种通过在炸药与复合板之间增加一层速度调整板,以获得理想焊接条件的用于制备铟/铁复合板的新型爆炸焊接方法。通过理论方法计算了爆炸焊接参数,通过实验对炸药载荷的影响进行了研究。应用光滑粒子流体动力学（SPH）方法进行数值模拟以验证参数有效性,探究了结合界面的成型机理,并研究了压力和塑性应变的分布。结果表明,当炸药厚度增加时,界面波形结构更明显。界面剪切试验结果表明铟/铁复合板结合面抗剪切强度为16 MPa,比纯铟材料的抗剪切强度高,且三点弯曲试验之后复合板结合界面无裂纹。采用改进的爆炸焊接方法可以有效制备高质量铟/铁复合板。     

采用自约束结构炸药的铜/钢爆炸焊接

为了提高爆炸能量的利用率,减少焊接药量,提出采用自约束结构炸药进行爆炸焊接。采用T2铜板和Q345钢板分别作为复板和基板,通过理论计算得到T2/Q345爆炸焊接窗口。采用双层蜂窝结构炸药作为自约束结构焊接炸药,对T2铜与Q345钢的爆炸焊接进行了试验研究。通过力学性能测试和显微组织观察,研究了T2/Q345复合板的结合性能。结果表明：与爆速为2505和3512 m·s^-1的单层炸药相比,T2/Q345复合板爆炸焊接采用的双层蜂窝结构炸药量分别减少了54.4%和31.4%;随着传播距离的增加,复合板的结合界面由直线结合向波状结合转变。复合板的抗拉剪切强度为237.0 MPa,满足T2/Q345复合板的结合强度要求。爆炸产生的硬化发生在结合界面附近,采用双层蜂窝结构炸药爆炸焊接得到的T2/Q345复合板具有良好的结合性能。     

爆炸焊接三维数值模拟

采用非线性有限元软件MSC.Dytran对爆炸焊接过程进行了三维数值模拟,获得了爆炸焊接过程中速度及界面压力的分布及其大小,并与经验公式的理论计算结果进行了比较.结果表明,爆炸焊接数值模拟的结果与理论计算值基本相符,所建数值模型准确,Dytran可较好的模拟爆炸焊接过程,计算爆炸焊接过程中的压力及速度变化分布,但不能对爆炸焊接过程中的射流及波形特征进行模拟.通过三维数值模拟可方便地了解爆炸焊接过程,对爆炸焊接工艺参数的选择提供参考.     

大面积钛/钢复合板爆炸焊接过程的数值模拟

利用大型非线性有限元程序ANSYS/LS-DYNA对大面积钛/钢复合板的焊接过程进行数值模拟,研究了覆板的应力情况,给出了覆板上几个特殊点的应力、等效塑性应变等随时间的变化曲线,从理论上对爆炸焊接裂纹产生的原因进行了分析研究,为进一步合理选择爆炸焊接参数、预防裂纹产生和实现大面积复合板的批量生产提供了依据.     

爆炸焊接N6/45#复合板的数值模拟与实验分析

为降低使用成本,充分发挥镍材优异的耐腐蚀性能优势,选用厚度1 mm的纯镍N6作为复板、3 mm厚的中碳钢45#作为基板进行爆炸焊接试验。通过爆炸焊接窗口计算出了各动态参数,采用金相光学显微镜和扫描电镜对界面结合形貌和元素进行分析,通过拉剪试验测试复合板力学性能,并借助AUTODYN模拟了爆炸焊接过程。结果表明,爆炸点附近存在边界效应,沿着爆炸焊接方向结合界面由平直状转变为稳定的波状界面,界面附近元素扩散层厚度为20 μm,波状的扩散层增大了结合面积,有利于冶金结合,复合板剪切强度达到325.5 MPa。数值模拟结果表明,界面形貌与试验得到的界面形貌具有一致性。模拟结果表明特征点的速度和塑性变形程度与实验结果基本吻合。     

铝/钛复合管爆炸焊接三维数值模拟

复合管爆炸焊接在工艺上的差异性决定了其焊接过程与复合板焊接过程不同,而复合管爆炸焊接作用空间的相对密闭导致观察和分析其焊接过程的困难,通过软件AUTODYN模拟出了复合管爆炸焊接过程,在验证模型正确有效的基础上,分析了复合管射流产生以及结合界面波形结构的独特性,发现射流产生波状结合满足侵彻机理假说.对比爆炸焊接试验结果表明,模拟结果与试验结果具有良好的一致性,这为研究复合管波形结构以及射流形成机理等提供了重要手段.     

5052/AZ31B复合板爆炸焊接数值模拟及实验研究

以爆炸焊接理论为基础,采用数值模拟方法,在软件ANSYS/LS-DYNA上模拟AZ31B镁合金和5052铝合金的爆炸焊接过程,并与实验结果进行对比.结果 表明:爆炸焊接过程中能量是以波的形式进行规律传递,爆炸时覆板与炸药的接触面最大的等效应力可以达到1.802 GPa.通过SEM对结合面进行微观观察,可以看出数值模拟结...     

爆炸焊数值模拟研究进展

由于爆炸焊的瞬时性和不可接触性,爆炸焊数值模拟研究尤为重要。本文对爆炸焊近年来在数值模拟方面的研究进行了综述,重点分析了目前爆炸焊数值模拟研究中存在的问题与不足,阐述了未来爆炸焊数值模拟研究的发展方向。     

爆炸焊接过程中复板运动位移的数值模拟

采用非线性动力有限元法建立了复合板在爆炸焊接过程中的有限元计算模型,对复合板运动状态进行了模拟和分析.利用有限元软件的网格划分功能建立了5/41mill×3850min×6650mm钛/钢复合板模型,实现了对复板运动过程的三维有限元模拟.实验研究了不同间隙条件下复板运动过程的位移云图,并通过对实验结果进行比较与分析后,确定当间隙高度为8min时,爆炸焊接后复板上各点的最终位移都达到了8mm,复合板结合率为100%.该研究为大面积钛钢复合板的爆炸焊接工艺参数的制定提供了依据.     

大面积高性能钛/钢复合板爆炸复合仿真研究

采用非线性动力有限元法建立了大面积钛/钢复合板爆炸复合的有限元模型,实现了对复板运动过程的三维有限元模拟。通过实验对比了不同间隙条件下复板运动过程的竖直方向位移来优化爆炸焊接工艺参数。研究表明,当间隙高度为6 mm时,复合板结合率最高;爆炸复合后成品波形规则,性能满足标准要求。     

水下爆炸焊接钢管的试验研究

进行了管与管的水中爆炸焊接连接试验，分析了试验时的工艺参数，指出水中可以使用爆炸焊接的方法对管线进行连接和修补，但必须针对具体情况调整工艺措施。     

钛/钢复合板爆炸焊接试验及结合界面研究

为探讨造成钛/钢爆炸焊接复合板结合质量差、末端易出现不同程度开裂区域的原因,进行了钛/钢复合板的爆炸焊接试验,并对结合界面进行了光学金相分析(OM)、电镜扫描(SEM)及能谱线扫描(EDS)。结果表明,平行于结合界面的剪应力是结合界面的主要受力状态;复合板末端处平行于结合界面的剪应力过大、沿部分已焊接界面和Fe基体一侧撕裂,是造成复合板末端开裂的主要原因;优化装药工艺可减小结合界面脆性金属间化合物层的厚度、减缓末端的开裂程度,并显著提高焊接质量。     

锆钢爆炸复合板界面波形影响参数研究

为了研究爆炸焊接参数对锆钢复合板界面波的影响,对锆钢进行了小倾角法爆炸焊接,在不同碰撞速度和碰撞角条件下,得到了连续变化的界面波。通过对界面波进行金相显微观察,测量了不同位置界面波的波长和波高。采用SPH无网格方法对小倾角法爆炸焊接过程进行了数值模拟,计算出了不同位置的碰撞速度、碰撞角、比压强。研究表明,碰撞速度和碰撞角是影响界面波形的关键参数,当碰撞速度为493 m/s,碰撞角为9.8°时,开始产生界面波。随着碰撞速度和碰撞角的增加,界面波波长逐渐增加,比波长先减小后增加。     

爆炸压实W-Cu粉末的数值模拟与实验验证

通过数值模拟研究了W-Cu混合粉末的爆炸压实过程。研究不同爆速对压实坯致密度的影响,分析了在爆速5000 m/s条件下粉体内冲击波的传播过程及粉体在冲击波作用下的变形规律,并分析了粉体中心的马赫反射现象。选取粉体侧壁单元的位移曲线来显示加载、卸载过程,对侧壁单元的位移曲线进行分析,以此作为粉体的压实程度来估算压实坯致密度。结果显示当爆速为5300 m/s时,压实坯可达到一个较大的致密度。将研究结果应用于W-Cu混合粉末的爆炸压实实验,实验与数值计算结果显示了较好的吻合性。     

焊接数值模拟技术发展现状

焊接是一复杂的物理化学过程，借助计算机技术，对焊接现象进行数值模拟，是国内外焊接工作者的热闹研究课题，并得到了越来越广泛的应用，概括介绍了数值模拟技术的概念及分析方法和焊接数值模拟的主要内容及意义，综述了国内外焊接数值模拟在热过程分析，冶金分析，应力应变分析，构件使用性能分析，氢扩散分析，特种焊接过程分析方面的研究现状及发展趋势，对我国焊接数值模拟技术的发展提出了建议。