超声波焊接振动问题的数值仿真方法

针对电子元气件在超声波焊接后出现的失效问题,研究用数值仿真的方法来进行建模分析.首先,根据超声波工作机理,简化焊接系统模型,提出适合仿真的加载方法和能量转化形式.然后,根据上述假设,建立热-力耦合数值仿真模型,以计算得到的温度场结果分析模型的可行性.最后,以手机电池焊接装配为例,建立三维有限元模型,利用得到的仿真结果分析振动,提出减振措施并做试验验证.     

高阶单元在焊接热弹塑性有限元分析中的应用

为研究高阶单元对热弹塑性有限元分析中变形的影响,建立了不同网格尺寸、单元阶次的三维有限元模型,利用通用有限元软件ABAQUS对CO₂气体保护堆焊过程进行热弹塑性有限元分析,比较线性单元和二阶单元在温度和变形的计算精度及时间.结果表明,二阶单元能够更好地反映焊接区域的变形特点,焊接变形的计算结果与试验结果更加接近;单元阶次仅对应力应变场分析有较大影响,对于温度场计算结果影响不大.     

高阶单元在焊接热弹塑性有限元分析中的应用

为研究高阶单元对热弹塑性有限元分析中变形的影响,建立了不同网格尺寸、单元阶次的三维有限元模型,利用通用有限元软件ABAQUS对CO₂气体保护堆焊过程进行热弹塑性有限元分析,比较线性单元和二阶单元在温度和变形的计算精度及时间.结果表明,二阶单元能够更好地反映焊接区域的变形特点,焊接变形的计算结果与试验结果更加接近;单元阶次仅对应力应变场分析有较大影响,对于温度场计算结果影响不大.     

Imperfections generation in finite element models of welding

Welded components contain certain geometrical imperfections which may affect buckling behaviour of the final product. However, geometrical perfect models are usually used in the finite element method simulation. When a simple weld model is used, the mode of the end-distortion is predictable. Imperfections are created in the same shape as predicted. This paper presents a novel numerical approach on how to generate geometrical imperfections in finite element models. In this approach, as first, a large temperature gradient for the weld seam elements is prescribed. Then a linear steady-state thermal analysis is conducted and is followed by a structural analysis to determine the initial stress stiffness matrix for an eigenvalue analysis. The mode shapes of eigenvalue analysis are finally used to generate the imperfections. The results obtained in the course of this work allowed to calculate resultant welding distortion more accurate.     

超声波塑料焊接粘弹性热的仿真计算

粘弹性热是超声波塑料焊接的主要热源之一.针对目前已有方法在计算粘弹性热时不能很好的体现聚合物材料的动态粘弹性而产生较大误差的缺点,首先利用静态松弛模量和"时一温等效性原理"对材料的动态粘弹性进行表征,该方法把动态模量表示成温度和频率的函数,避免了动态模量这一复杂过程.提出了一种用于超声波焊接过程中粘弹性热计算的策略,并对周期载荷作用下PMMA二维模型的粘弹产热过程进行了有限元仿真.结果表明,所得的温度变化趋势与文献中的试验测量结果基本相符.     

Cu-Al异种金属超声焊接过程模拟

利用有限元方法建立了Cu-Al超声焊三维热—力耦合模型. 热源包括摩擦热和塑性变形热,其热流密度与焊接不同阶段材料的振幅相关. 焊接过程超声变软影响温度场分布、应力、应变场和齿的嵌入,模拟合理考虑了铜、铝超声变软的数学模型. 模拟结果表明,铜和铝的块体温度均低于熔点,最高温度出现在焊头与铜板的接触面中心;Cu-Al连接界面最高温度出现在焊接区域中心处. 同时也模拟了齿的嵌入,焊接过程中焊头齿完全嵌入铜表面,但底座齿并未完全嵌入铝中. 与热电偶测温和焊接截面形貌对比验证表明,模拟结果与实际基本吻合,较好地模拟了超声变软、热和力三者之间的作用.     

Dynamic observations of welding phenomena and finite element analysis in high-frequency electric resistance welding

High-frequency electric resistance welding (hereinafter referred to as HFW) pipes and tubes are used for high-grade line pipes. To cope with the high need for weld seam reliability, the clarification of welding phenomena is important. To clarify the HFW phenomena, at first we developed a HFW simulation system by using electromagnetic, heat conductive and elastic plastic finite element analysis (FEA) methods. Continuous electromagnetic and heat conduction analysis was conducted by subdividing the cross section containing the electrode and the welding point into a large number of two-dimensional models. The temperature distribution in the HFW pipe welding procedure can be successfully simulated by this system. The deformation behaviour in which a portion of the weld rises to the inner and outer surfaces as the result of pressurization from welding rolls can be analysed with this system. Secondly, HFW phenomena have been visualized dynamically using a high-speed video camera technique. The high-intensity part visualized by high-speed images has good accordance with the temperature distribution of the FEA result. High-speed images have visualized the dynamic phenomena of molten metal flow and sputtering of molten steel. Very rapid movement of molten metal in the forming direction along the welding line was observed at the V-convergence point with a speed of 2–50 m s^?1, which was far faster than the welding speed. This rapidly moved molten metal generated the peculiar sputtering which spread the molten metal particles as describing an arc perpendicular to the welding line. These phenomena were assumed to be caused by the electromagnetic force concerning the molten steel at the V-convergence point.     

搅拌摩擦焊接过程的有限元模拟

对摩擦搅拌焊接工艺进行数值仿真，建立了搅拌摩擦焊接的二维数值计算模型，通过数值手段进行焊接参数研究。并研究了焊接工艺过程中焊件材料的流动情况以及在焊接过程中材料的应力和应变情况，且与已有结果进行比较。证实了所建立模型的正确性与可靠性。     

铝合金激光焊接过程有限元模拟与分析

激光焊接铝合金过程非常复杂,针对铝合金激光焊接过程的实际情况建立了有限元模型,试图通过有限元模拟的方法揭示激光焊接过程的特点.建模过程中激光热源模型考虑了表面热源和体热源,分别反映等离子体的影响和激光束的作用.利用有限元模型分析了激光焊接过程中小孔的形成和长大过程,同时将模拟结果与试验结果进行比较,模拟出的焊缝宏观截面形状与试验结果表现出较好的一致性,证明所建立的有限元模型是合理的.有限元模型可以用来预测实际焊接过程中不同焊接工艺参数下焊缝的成形情况,可以为激光焊接工艺参数的选择提供理论指导和参考,更好地发挥铝合金激光焊接的优势.     

超声-电弧复合焊接系统换能器优化设计

研究了超声-电弧复合焊接系统中超声换能器的优化设计方法.根据超声-电弧复合焊接系统工作条件确定了超声换能器整体形式和各部分材料.通过传统解析法推导了超声换能器整体谐振频率方程,求解各部分基础尺寸.利用有限元分析软件ANSYS对解析法设计的超声换能器结构进行了模态分析,研究了前后盖板尺寸对于超声换能器谐振频率的影响并优化...     

有限元分析和粒子法在搅拌摩擦焊中的应用

国内外学者建立了大量模型来对搅拌摩擦焊过程进行分析。目前最常用的分析方法是基于网格的有限元分析。由于有限元分析采用欧拉方法,在处理方程中的平流项过程中可能会导致数值错误。而在基于拉格朗日的粒子法中,平流项可以直接忽略,从而粒子法能解决有限元无法解决的难题。综述有限分析方法和粒子法在搅拌摩擦焊中的应用及研究现状。     

真空电阻凸焊过程的有限元模拟分析

采用真空电阻凸焊进行MEMS器件的封装,可以提高成品率,降低成本.针对MEMS真空电阻凸焊过程建立热、电、结构三场耦合的有限元模型,通过分析得到凸焊筋的压溃过程、焊核的形成过程等一系列结果.结果表明,凸焊筋的压溃主要发生在通电过程的前半部分时间内,而以后的通电时间主要是凸焊筋部分金属熔化,最终形成凸焊焊核的过程.在此基础上分析凸焊筋角度对焊接质量的影响,凸焊筋角度为60°时得到的焊核较大.最后进行焊接以及焊后拉伸试验,试验结果与模拟结果一致.     

板壳单元在焊接热弹塑性有限元计算中的应用

基于有限元软件Abaqus,采用板壳单元对薄板对接焊进行热弹塑性数值模拟. 建立具有截面积分特性的板壳单元二维有限元模型,采用高斯面热源与均匀体热源组合的混合移动热源,考虑材料随温度的变化特性,对薄板的接温度场与变形场进行了计算,并与相当网格尺寸的三维实体单元计算结果进行了对比. 结果表明,板壳单元与实体单元计算所得温度场与变形结果比较一致;采用非均匀板厚模拟加强高的板壳单元能够进一步改进焊接变形预测结果;在保证计算精度的条件下,板壳单元比实体单元具有更高的计算效率,计算结果为改进大型结构焊接变形预测方法提供了参考意义.     

基于有限元的铁磁物质电阻点焊磁场分布分析

根据电阻点焊机构电流回路特点,利用ANSYS软件建立了铁磁性物质电阻点焊时磁场计算的有限元模型,计算了点焊过程中电流密度分布电场分布与磁感应强度分布,并采集了点焊过程中工件周围的磁感应强度,与模拟结果相比,验证模型的可靠性.结果表明,电流密度、电场强度与磁感应强度均在工件内达到最大.在铁磁性工件内部最大磁感应强度达到7 T,说明铁磁物质的磁化磁场在熔核形成、生长过程中的作用不应忽视.验证试验的测量值与计算值吻合良好,表明文中建立的有限元模型是可靠的.     

液力变矩器总成点固焊焊接变形有限元分析

液力变矩器总成电子束环焊缝焊前先要6点点固焊,3焊枪对称同时先焊3点,然后工件转60°再焊另外3个焊点。液力变矩器上盖和泵轮之间的焊后间隙有严格要求。应用热弹塑性有限元法对液力变矩器点固焊过程夹持力和焊接变形进行全面分析,定量得出了焊接预留间隙,为夹具设计提供了依据。总成点固焊的同心精度是重要的考核指标之一,计算结果与实验结果显示径向变形主要由点固焊的前3点决定,点固焊同步性对同心精度有重要影响。     

采用热弹塑性有限元方法预测低碳钢钢管焊接变形

用有限元分析软件ABAQUS Code开发了用于模拟焊接温度场、焊接残余应力和焊接变形的热弹塑性有限元计算方法.通过建立三维有限元模型,预测了低碳钢钢管多层焊接时的温度场和焊接变形,并通过试验验证了所提出计算方法的精度和有效性.结果表明,在多层焊接条件下,采用有限元方法计算得到的焊接变形与试验结果十分吻合.     

Q345R钢焊接接头不同部位补焊残余应力的有限元分析

Q345R钢由于具有良好的性能而广泛应用于压力容器与管道的制造,其焊接接头部位常出现裂纹,焊接残余应力是主要影响因素之一.利用有限元软件ABAOUS,开发了一个顺次耦合的热应力计算程序,对焊接接头焊缝区域与热影响区补焊的残余应力分布进行了数值模拟,得到了补焊残余应力的分布位置及大小.结果表明,补焊后,残余应力值比焊态下残余应力值有所增加,纵向应力和横向应力值增加幅度不同.为此,对实际补焊修复提出了建议,为优化补焊工艺、控制残余应力提供了参考依据.     

铝热焊的温度场及残余应力场有限元分析

应用ANSYS软件对焊接模型进行了有限元建模,并利用单元生死技术和热-结构耦合功能仿真了焊接过程,模拟出铝热焊动态温度场和动态残余应力场。结果表明:加压的最佳时间在55~255s之间,焊接结构中最大残余应力多出现在熔合区附近,熔合区横向多为拉应力,最大值约212MPa。     

Finite element analysis of welding distortion control by trailing intense cooling

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SS304半管夹套焊接部位残余应力三维有限元模拟

半圆管夹套设备最常见的问题是夹套焊接部位开裂引起泄漏,焊接残余应力是重要的影响因素之一.利用有限元软件ABAQUS,开发了一个多次顺次耦合焊接残余应力有限元计算程序,并利用FORTRAN语言编写移动高斯热源的分布子程序,对304不锈钢半管夹套焊接部位残余应力进行数值模拟,得到半管夹套T形接头焊接残余应力分布规律.计算结果表明,在T形接头附近,应力水平较高,易诱使焊缝开裂失效.并对半管夹套的焊接制造提出建议,为优化半管夹套焊接工艺、控制焊接残余应力提供理论依据,对提高半管夹套设备的可靠性和安全性具有重要意义.