考虑金属逐步填充的多道焊温度场数值模拟

采用“单元死活”有限元技术自行编制了控制焊接过程金属填充的子程序,利用Marc有限元软件以低碳钢为例进行了三维多道焊温度场的数值模拟。实现了模拟过程中焊接材料的逐步填充,温度场计算结果与试验测量值十分吻合。将计算结果与未考虑材料逐步填充的多道焊计算结果进行了比较。结果表明,是否考虑金属逐步填充对多道焊计算结果影响很大,在多道焊次数较多时不可忽略。为更准确的多道焊应力分析打下了基础。     

铝合金双丝焊应力场的数值模拟

通过对双丝焊电弧形态及熔滴过渡蹄径进行分析．发现双丝焊时前丝和后丝的电弧均向两丝中间偏转的现象．以此为基础．对双椭球形热源模型进行修正,提出了可用于双丝焊温度场计算的热源模型,并经过实际温度采样验证了该模型的准确性。以此为基础．分析了2219铝合金双丝焊条件下纵向驶横向应力的演变规律。     

厚板Invar合金多层多道焊反变形数值模拟

文中针对19.05 mm厚Invar合金模具材料多层多道MIG焊接,采用有限元仿真分析和试验验证相结合的方法,分别对无反变形角的模型和施加不同反变形角的模型进行数值模拟,用模拟时所设计的反变形角进行Invar合金多层多道MIG焊试验,分析焊后试样的变形情况,与模拟结果对比分析.结果表明,当施加的反变形角为2°时可以有效控制100 mm × 100 mm × 19.05 mm的Invar合金四层十道MIG焊的焊后角变形,焊后残余翘曲高度为?0.11 mm,焊后残余角变形为?0.12°,与模拟结果的误差在8%之内. 结果表明,有限元模拟技术对于试验探究具有预测和引导作用.     

616装甲钢厚板结构件多层多道焊数值模拟及试验验证

考虑施加约束条件对焊后变形及残余应力的影响,建立616装甲钢厚板结构件多层多道焊有限元模型. 利用Sysweld软件对616装甲钢厚板结构件多层多道焊焊缝截面尺寸、焊后残余应力进行了模拟计算,计算结果与试验结果吻合较好,证明了模型的准确性. 对616装甲钢厚板结构件多层多道焊特征点热循环变化趋势、焊后变形情况进行了数值模拟,模拟结果与试验结果吻合较好. 结果表明,距离熔合线越远,峰值温度越低,达到峰值的时刻越滞后,受热程度越低. 焊缝两侧、起弧端、收弧端是发生残余形变的主要区域,是高应力值的集中区.     

逐层填料建模的多层多道焊残余应力数值分析

基于连续数值模拟技术,在多层多道焊数值建模时,逐步添加每一层焊缝网格模型,进行分步的模拟计算,实现了有效的多层多道焊接热—力耦合有限元计算.利用连续模拟方法与非连续模拟方法,计算分析了多层多道焊试验模型.结果表明,与非连续模拟方法相比,连续建模方法收敛性好,且纵向残余应力峰值结果较传统建模方法更准确.同时,分析了热—力作用下多层多道焊缝的应力演变历程,揭示了多重热循环作用下焊缝纵向残余应力的变化过程.     

铝合金激光拼焊应力场数值模拟

利用有限元分析软件ANSYS模拟铝合金激光拼焊时应力场的变化.选取的热源模型为高斯热源,利用ANSYS软件的APDL语言编写程序实现移动热源的加载.在模拟中不但要考虑一般激光焊接中参数对应力场的影响,还要考虑铝合金激光拼焊的特性.结果表明,在焊缝区工件处于拉应力状态,远离焊缝逐渐过渡到压应力状态.当激光功率3000～4500 W、焊接速度2～4 m/min时,随着激光功率增大和焊接速度降低,焊缝附近的拉应力峰值及应力分布范围增大.     

多层多道焊焊接工艺数值模拟技术

利用ANSYS软件中的单元"生死"技术对厚板多层多道焊焊接过程进行模拟,经分析得到了厚板多层多道焊时不同取样点的热循环曲线。同时,利用红外热像仪对实际焊接过程中试件上相应位置进行测量,得到具体位置的实际热循环曲线,比较实测热循环曲线与模拟热循环曲线的结果表明,模拟结果与试验结果基本吻合,证明所建数值模型是正确的,能够对实际焊接过程起到指导作用。     

未熔合对厚板多层多道焊残余应力影响的数值模拟

基于逐层激活建模方式实现对多层多道焊的模拟,采用混合热源模型建立了不等厚X70管线钢板多层多道焊接有限元计算模型,模拟并分析了焊接过程温度场、应力场的演变。此外,在模型中引入了未熔合缺陷,并通过等效处理实际管道运行载荷情况,重点模拟并分析了未熔合缺陷对焊后残余应力分布和X70管道运行安全状态的影响。结果表明,补焊焊缝未熔合缺陷未导致焊后残余应力的明显增加,未熔合处最大等效应力470 MPa,未超过X70管线钢母材屈服强度。等效工况下未熔合处最高等效应力达到592 MPa,补焊焊缝的两侧焊趾处存在两处条状高应力区域,等效应力超过550 MPa,均超过母材屈服强度,但未达到抗拉强度。计算结果与试验结果吻合良好,证明了模型的可靠性和准确性。     

Y25型转向架多层多道的焊接变形数值模拟

针对Y25型转向架的焊接工艺特点,采用焊接数值模拟软件SYSWELD,通过热弹塑性有限元方法,对Y25型转向架侧梁进行了热弹塑性有限元模拟,得出了采用不同焊接方向时侧梁的变形规律。结果表明,在几种焊接方向下侧梁发生的变形趋势基本一致,但在不同的焊接方向下产生的角变形平均值变化率达到了7.82%,该变化率与选取的模拟方向有关;在不进行对称焊接的情况下,改变焊接方向不可能完全改变焊接变形的趋势。     

铝合金LB-VPPA复合焊应力场数值模拟

以7010铝合金为研究对象,根据LB-VPPA复合焊的焊缝截面形状及变极性等离子弧焊电流特性,通过对热源程序二次开发,建立了符合LB-VPPA复合焊的平面高斯+双椭球+高斯圆柱体组合热源模型。在此基础上,采用焊接模拟专用软件SYSWELD对LB-VPPA复合焊应力场进行数值模拟。结果表明,在保证焊透的前提下,与VPPA焊应力场相比,LB-VPPA复合焊的残余应力要比VPPA焊的残余应力小,且熔宽较小。分别对LB-VPPA复合焊和VPPA焊进行工艺试验,结果显示LB-VPPA复合焊焊缝熔宽比VPPA焊焊缝熔宽小,与模拟结果基本一致。     

EN-AW6082铝合金焊接及多次调修的数值模拟方法

采用Sysweld软件对EN-AW 6082铝合金试板进行多道焊焊接及焊后200℃和300℃温度下的火焰调修过程的数值模拟,获得了焊接及调修过程的温度场、应力场分布以及铝合金试板的整体变形分布规律,与试验所得结论相符,并提供了一种焊接及多次调修过程的模拟方法,为实际生产工作提供了一定的指导意义.     

轨道车辆用铝合金近距离焊缝焊接及数值模拟

对焊缝间距40 mm和30 mm的轨道车辆采用6082-T6铝合金板材进行近距离焊缝多层多道焊接试验。通过VT、RT等无损检测手段检验了焊接质量,进行弯曲、拉伸等试验分析了焊接接头的综合力学性能,并结合sysweld软件对焊接热源及应力场进行了数值模拟。结合模拟结果表明:焊缝中心距离为30 mm时,焊接质量、拉伸强度和弯曲性能均能达到标准要求,抗拉强度较焊缝间距60 mm的普通焊接接头下降了近10%,重叠热影响区(HAZ)的显微硬度比间距40 mm时下降约7.02%,最大焊接应力148.499 MPa发生在交汇的HAZ内,近距离焊缝接头的综合力学性能满足设计使用要求。     

铝合金点焊的多场耦合建模与动态过程数值模拟(英文)

基于铝合金点焊的热、机、电及相变原理,建立热电力耦合场的轴对称有限元数值仿真模型,实现对焊接区温度场、电场、应力应变的动态模拟。发现了焊接电流变化激发的铝合金动态电阻"瞬态逆向虚变效应",揭示了过程热电耦合瞬态与稳态差异性作用机理,阐释了焊接电流增加而瞬态电阻骤降的反常现象。基于铝合金点焊稳态仿真与实验结果修正了动态电阻数值计算模型。AA5182的计算与实验结果表明,考虑动态电阻"瞬态逆向虚变效应"的动态仿真模型能够精确描述焊接电流调整过程中的电参数动态变化和铝合金焊点熔核的生长过程。     

厚板铝合金YAG-MIG复合焊接温度场数值模拟

基于ANSYS软件,采用移动旋转高斯体热源函数加载,对12mm厚板铝合金YAG激光-MIG电弧复合焊接进行了温度场有限元数值模拟,模拟中综合考虑了对流、辐射和热传导对焊接热过程的影响,将模拟结果与相同工艺条件下实际的焊接试验结果进行了比较,验证了旋转高斯体热源模型在厚板铝合金复合焊接中的适应性.采用同样的数值模拟热源和试验模拟方法,同样得到了该铝合金5 mm板模拟结果与实际结果相当一致的结论.从而为不同焊接工艺条件下铝合金中、厚板激光-电弧复合焊接焊缝形状和尺寸预测提供了一种有效的途径.     

铝合金板滚压包边仿真分析建模关键技术

滚压包边是一种复杂的多工步单点连续加载工艺过程,在产品早期开发阶段就需要对滚压包边工艺进行可行性设计,依赖经验和试错的方法已无法满足滚压包边技术的要求。从单元模型、加载方法等方面深入研究滚压包边仿真分析建模关键技术,以指导产品和工艺设计。研究表明:采用最小尺寸为0.5 mm的壳单元,既能提高计算效率,也能保证数值模拟精度;考虑到计算的效率,数值模拟研究均采用了厚向7个积分点的4节点减积分壳单元S4R;可以采用摩擦系数为0的滚轮滑动模拟滚动;对零件轮廓尺寸变动量进行数值模拟时,可以不考虑翻边变形所产生的材料强化,模拟材料断裂时不能忽略翻边所产生的预应变。     

铝合金点焊电极端面温度数值模拟

采用数值模拟方法研究了铝合金点焊温度场及电极导电导热性能对电极端面温度的影响。电极端面温度是点焊过程温度场的一部分，为研究点焊电极端面温度，建立了铝合金点焊过程力、热、电耦合分析有限元数学模型，采用ANSYS有限元软件，数值模拟点焊过程温度场，研究点焊电极端面温度的影响因素。结果表明，一般电极／工件接触面中心温度在第17ms达到铜铝合金化温度548℃，在58ms达到最高温度577℃。但将电极电阻率降低二分之一、导热率提高一倍时，电极／工件接触面中心温度在第57ms达到最高温度488℃，点焊过程始终未达到铜铝合金化温度。电极导电、导热性能显著影响电极／工件接触面温度。     

高速列车用厚板铝合金CMT焊接工艺

针对低热输入、高质量焊接技术的需求,研究厚板铝合金多层多道冷金属过渡技术(cold matal transter,CMT)焊接工艺和脉冲MIG焊接工艺的区别,对CMT焊接和脉冲MIG焊接进行热循环曲线测量,焊接接头拉伸、弯曲、硬度等常规力学性能试验和接头微观组织分析.结果表明,铝合金厚板焊接时相对脉冲MIG焊接方法,CMT方法焊接温度场低,焊接接头软化明显减弱,冲击韧性得到提高,厚板多层多道焊接接头组织明显改善,晶粒明显细化.试验表明CMT焊接方法可获得相对脉冲焊接更加优良的铝合金焊接接头.     

2219铝合金搅拌摩擦焊温度场的三维实体耦合数值模拟

为更贴近实际的模拟搅拌摩擦焊焊接过程中复杂的热力行为,试验通过建立三维搅拌摩擦焊过程数学模型,采用三维实体耦合的有限元方法来分析2219铝合金搅拌摩擦焊热过程和温度场分布.结果表明,搅拌摩擦焊焊缝的温度场梯度呈现上密下疏,前密后疏的分布状态,最高温度位于后退侧的搅拌针与轴肩的过渡区,焊缝后退边的温度高于前进边,搅拌针底部温度超过2219铝合金的再结晶温度,可确保对接接头根部形成紧密焊缝,模拟结果为研究搅拌摩擦焊的机理和优化搅拌摩擦焊焊接工艺提供了支持.     

高速列车铝合金车身双热源搅拌摩擦焊仿真

高速列车采用超长铝合金型材作为车身新材料。搅拌摩擦焊以固相连接原理成为高铁车身制造新工艺。针对单热源模型不足,考虑搅拌轴肩转动摩擦生热和搅拌头塑变剪切生热,建立搅拌摩擦焊双热源有限元模型。基于传统熔焊方式,实现满足搅拌焊特征的双面挤压型材接头变形设计。通过ANSYS二次开发,完成该工艺移动瞬态热交换数值仿真,获得焊接全程三维温度场分布,仿真结果与试验数据吻合良好。结果表明,该仿真模型可行．仿真结果合理,为高铁车身国产化制造工艺吸收和工艺优化提供参考。