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。     

A7N01P铝合金T型接头焊接数值模拟

针对A7N01P铝合金T型接头的焊接,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。本研究建立A7N01P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,比较数值模拟结果与焊接试验测试结果,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和残余应力与实测值非常吻合,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。     

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.     

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.     

A6N01S-T5铝合金焊接软化行为及数值模拟

基于A6N01S-T5铝合金焊接接头显微硬度试验和微观组织分析,研究A6N01S-T5铝合金焊接接头软化特征,根据焊接接头不同区域的焊接温度及显微硬度,建立了A6N01S-T5铝合金软化模型.针对高速列车车顶焊接过程数值模拟,开发了基于平均温度曲线法的焊接快速数值模拟方法,并通过典型焊接接头试验验证.结果表明,平均温度曲线法可以替代移动热源进行焊接过程模拟.基于A6N01S-T5铝合金软化模型及平均温度曲线法,模拟高速列车车顶焊接过程,计算的车顶焊接变形与实测值比较吻合.     

铝合金多层多道窄间隙TIG焊接头应力场研究

以厚板结构件的焊接及车体焊接的维修为背景,针对7A52铝合金的多层多道焊接力学计算进行研究,采用窄间隙TIG焊方法,通过试验设置合理的工艺参数,建立了厚板铝合金焊接数值模拟的有限元模型,探讨了焊接接头残余应力场的分布规律,并用小孔法对数值法计算的残余应力做了验证。结果表明,对于横向焊接残余应力,焊缝区中部为拉应力,两端为应力值较小的压应力;对于纵向焊接残余应力,以焊缝为中心形成拉应力区。窄间隙TIG焊接头背面焊缝横向与纵向应力均为拉应力。数值法计算的结果与小孔法实测结果无明显差异,计算结果准确可靠。     

焊接数值模拟中以温度为控制变量的高效算法

对焊接数值模拟中的各种加速计算方法进行了细致研究,并在分段热源法的基础上提出了温度函数法.和分段热源法相比较,温度函数法将焊接数值模拟中的控制变量由热量转变为温度,增加了焊接温度场的可控制性,并提高了模拟温度场在模型宽度和厚度方向与实际焊接温度场的一致性.文中通过铝合金薄板搅拌摩擦对焊的模型对温度函数法进行验证.结果表明,温度函数法得到的残余应力和变形结果与移动热源方法得到的结果具有一致性,并且和实际试验测量结果吻合,计算效率有大幅度的提高,能够达到工程应用的需要.     

6061-T651铝合金薄板接头的焊接变形

基于有限元软件ABAQUS,开发可同时考虑材料非线性、几何非线性和移动热源的热-弹-塑性有限元计算方法来模拟焊接过程中的热-力学耦合行为。以3 mm厚的6061-T651铝合金薄板TIG焊单道重熔和MIG对接接头为例,模拟分析焊接过程中的温度场、残余应力和焊接变形。同时,采用实验方法测量两种焊接接头的横向收缩和面外变形。结果表明:数值计算所得到的横向收缩、角变形与实验测量结果十分吻合,验证所开发的有限元计算方法的有效性。此外,基于数值模拟结果和实验结果验证了铝合金薄板焊接接头面外变形的形成机理。     

高强铝合金薄板搅拌摩擦焊残余应力及变形的热力耦合模拟

针对航空领域中常用的7B04高强铝合金,基于剪切摩擦生热理论,建立了适用于薄板搅拌摩擦焊(FSW)过程的自适应热源模型,利用有限元软件MSC.Marc建立了FSW过程的热力耦合有限元模型,并通过子程序二次开发,将建立的热源模型载入到有限元模型中,对7B04铝合金薄板的FSW过程进行瞬态热力耦合模拟。预测并分析了FSW过程中铝合金板材内部的温度分布与演化、焊接接头附近区域的残余应力分布及板材的最终变形情况,通过开展FSW工艺试验从温度场和残余应力两方面对模型的可靠性和模拟结果的准确性进行了验证。此外,利用经过验证的有限元模型对搅拌头机械载荷在残余应力和变形中的影响作用进行了深入分析。     

铝合金激光深熔焊接热过程有限元数值模拟

对铝合金5A06简体纵缝进行激光深熔焊接。采用旋转高斯体热源模型和ANSYS有限元分析软件对其进行了数值模拟。结果表明,用有限元数值模拟方法得到的焊接温度场分布规律与实测结果基本一致。     

铝合金多道焊数值模拟参数化建模

多道焊接过程的非线性和复杂度较高,模型建立效率直接影响了焊接模拟的效率。通过参数化建模,根据实际产品中的接头形式、实际尺寸、焊接顺序及焊接工况,采用Sysweld软件分别对7XXX铝合金平板对接、T形两种接头进行3道焊接试验和数值模拟,同时对比焊接温度、残余应力和变形。结果表明,参数化建模方法提高了多道焊仿真的效率。从比较结果可以看出,残余应力模拟值与实测值吻合度较高,平板对接可靠度达到88%,T型接头可靠度达到95%,验证了参数化建模方法的可靠性。     

超声波法评定7B05铝合金激光-MIG复合焊接头振动时效应力消除效果

超声临界折射纵波应力测量法具有测量速度快捷、对材料无损的优点。利用拉伸法标定了7B05铝合金的超声波应力系数K,比较了超声波法和盲孔法的应力测试结果,同时还利用超声波法测量了7B05铝合金激光-MIG复合焊接头振动时效前后的残余应力。结果表明:7B05铝合金的应力系数K=5.21 MPa/ns,超声波法和盲孔法所测的残余应力分布趋势一致,但残余应力峰值大小有差异;振动时效处理可以有效消除铝合金焊接接头的残余应力,而超声波法可以方便、快捷地用于铝合金焊接接头残余应力消除效果评定。     

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。     

7075铝合金电子束焊接温度场数值模拟

针对航空航天业中应用较广的7075铝合金,采用ANSYS有限元软件,按照划分单元、逐次计算并逼近真实值的近似计算方法,对该合金电子束焊接的热过程进行了计算机数值模拟的可行性研究.结果表明,7075铝合金电子束焊接过程中焊接热输入较大,焊缝较窄,熔深大.通过验证,用有限元数值模拟方法得到的焊接及热处理温度场分布规律与实测温度值基本一致.     

2219铝合金中厚板爬坡TIG焊熔池温度场三维数值模拟

为了研究2219铝合金中厚板爬坡TIG焊熔池热场特征,建立了中厚板TIG焊温度场模型,进行爬坡TIG焊熔池温度场三维数值模拟,以及不同焊接工艺参数对温度场的影响数值分析,同时通过焊缝形状尺寸的测定以及热电偶测温,对模型及温度场数值模拟结果进行验证。结果表明,受熔池重力影响,厚板爬坡姿态下熔池热场长度要大于平焊姿态;爬坡TIG焊温度场受焊接电流、焊接速度影响明显,焊接电流增加或者焊接速度降低,均会导致温度场最高温度上升,熔池宽度和长度增加;测量的实际焊缝尺寸与熔池温度场数据和数值计算结果相符度高,建立的模型及爬坡焊温度场三维数值计算准确。     

基于SYSWELD的K7转向架副构架焊接数值模拟

K7转向架副构架是K7转向架的重要组成部分,其结构为三段B+级铸钢焊接而成。若焊后残余应力及变形未达到设计要求会直接影响到机车车辆运行的安全。为了更好地验证现有焊接工艺可靠性,采用ESI公司焊接专用软件SYSWELD对K7转向架副构架进行了数值计算分析。根据K7转向架副构架建立其三维几何模型,划分网格模型,设置热源参数。考虑到实际生产时遇到的情况,采用四种焊接方式进行模拟,并与实验结果相对比,按照设计的焊接工艺仿真得到的焊接残余应力与实验吻合较好,由此验证了仿真的可靠性,可将仿真结果运用于指导生产。     

5A12铝合金有限宽薄板钨极惰性气体焊接的数值模拟

针对铝合金5A12有限薄板钨极惰性气体（TIG）焊接过程存在非准稳态的特点,提出了考虑热源预热作用及移动效应的二维高斯热源修正模型,并采用修正的二维高斯热源模型对其焊接热过程、焊接残余角变形和纵向残余应力进行数值模拟及研究,同时比较数值模拟及实验结果。实验结果表明：利用修正的二维高斯模型能较好地反映有限薄板的焊接特点,所计算的接头熔合区形状、热循环曲线与实验结果吻合良好。焊接残余角变形及焊接纵向残余应力也得到了与实验值较接近的模拟结果。利用此修正的二维高斯模型可提高焊接温度场、焊接纵向残余应力与变形数值模拟的准确性。     

有限元分析热物理参量对焊接残余应力峰值特征的影响

利用非线性有限元方法对平板TIG焊进行了数值模拟.使用随温度变化的材料热物理参量,采用双椭球热源模型,研究了热导率、比热容及密度三个热物理参量对焊接残余应力的影响.结果表明,热导率降低可使焊接残余应力升高,纵向残余应力峰值会从双峰特征过渡到单峰特征;比热容降低可使焊接残余应力峰值降低;密度增大可使焊接残余应力增加,纵向残余应力峰值的双峰效应逐渐减弱;因此,热导率、比热容和密度3个参量是导致铝合金纵向焊接残余应力峰值比屈服极限低以及焊缝附近呈现双峰分布特征的重要原因.使用切条释放法对材料参量为2024—T4的铝合金平板中纵向焊接残余应力模拟结果进行试验验证,模拟结果与试验结果吻合良好,证明了模拟结果的正确性.     

焊接热过程和冶金过程

熔焊过程的热效率;基于虚拟仪器的随焊锤击温度场模拟系统;热压条件下激光深熔焊接温度场的数值模拟;6061铝合金表面激光熔覆温度场的模拟与验证;20钢中厚板焊接过程温度场的数值模