激光焊接铝合金材料过程的建模与仿真

在试验基础上,利用有限元软件ANSYS对3A21铝合金材料激光焊接温度场进行了动态模拟。通过对激光焊接非线性瞬态过程的分析,分析与温度场有关的潜热、热传导、对流、辐射等材料热物理属性,建立了激光焊接的移动热源模型。仿真结果表明:激光焊接薄板铝合金的温度场梯度大,热影响区小;温度场中各点温度呈指数式升高和衰减;焊缝和近焊缝区温度升降急剧,焊缝宽度的仿真结果与试验结果相一致,从而验证了所建立的移动热源模型在激光焊接铝合金薄板温度场模拟中的适用性,在一定程度上揭示了激光焊接的成型机理。     

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。     

复杂环境下长输管道焊接接头裂纹扩展模拟研究

为了提高长输管道的使用寿命，需要研究其焊接接头裂纹扩展规律，提出复杂环境下长输管道焊接接头裂纹扩展模拟方法。首先，分析了长输管道在复杂环境中产生的裂纹形式，研究了焊接接头微观材料力学性能；其次，根据分析结果采用Abaqus软件建立焊接接头有限元模型，在有限元模型基础上结合FRI模型和FEM计算长输管道焊接接头裂纹的扩展速率；最后，分析长输管道焊接接头裂纹的残余应力，根据分析结果模拟裂纹的扩展规律，获取复杂环境中长输管道焊接接头裂纹扩展情况。     

EH36钢薄板对接焊接变形数值模拟

基于通用有限元软件Abaqus,采用顺序耦合的热弹塑性有限元法研究了EH36钢薄板焊接变形问题。通过建立三维高阶单元有限元模型和采用混合热源,对EH36钢薄板对接焊过程进行数值模拟,并开展相关焊接试验,实测了薄板的焊接变形。结果表明:数值模拟得到的焊接变形与试验值基本吻合,证明了该数值计算方法的可靠性和高阶单元在热弹塑性有限元分析中的高效性;薄板焊接后发生显著的面外变形,应予以控制。     

避雷针塔焊接结构极限承载风载荷研究

避雷针焊接结构在服役过程中会受到风载荷和自重影响,考虑到主材和腹杆之间焊接部分的影响,在分析过程中采用实体单元进行建模,建模工作在软件Pro-E中完成。应用Abaqus对避雷针模型进行受力分析,计算结果表明该受力分析与实际受力情况较为吻合,具有实际应用价值。     

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。     

焊前预热对康复器械用铝合金焊接残余应力的影响

运用Abaqus有限元软件对康复器械用6061-T6薄板的MIG对接焊进行模拟,通过盲孔法测量实际焊接试样残余应力。研究了不同预热焊接工艺对铝合金焊接残余应力的影响。室温下的实验结果与模拟结果吻合良好,验证了计算模型的正确性。模拟结果表明,焊前预热能够明显减小焊缝附近的纵向残余应力,对横向残余应力影响较小;预热温度越高,残余应力消除效果越好;预热后采用降低热输入的焊接工艺的消除残余应力效果要好于预热后增加焊接速度的焊接工艺。     

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。     

7B05铝合金平板对接多道焊数值模拟

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。     

核级支管座焊缝结构堆焊修复数值模拟及分析

为优化核级支管座焊缝结构的OVERLAY堆焊修复工艺,基于有限元分析软件Abaqus建立三维有限元模型,结合双椭球热源、生死单元技术,采用热-力顺序耦合计算方式对堆焊修复过程进行数值模拟,研究了结构在堆焊修复过程中温度场、焊接变形及残余应力的分布特性.基于计算结果开展了堆焊影响因素的分析,结果表明在原焊缝结构内侧形成了...     

地板结构焊接过程有限元分析及 工序优化

在轨道车辆铝合金车体中,地板是典型的铝合金挤压型材拼焊结构,其焊后易产生较大的残余应力,并伴随鼓包、扭曲等焊接变形,增大了车体各组件之间的装配难度,降低地板承载能力。首先通过建立基于"热弹塑性法"的热-力耦合有限元模型并进行计算,获得了地板结构焊后残余应力场以及焊接变形的分布。随后将残余应力的模拟结果与试验结果进行对比,发现模拟与试验结果变化趋势具有一致性,验证了所建模型的准确性。最后,针对地板结构不同的焊接顺序进行了仿真对比分析,得到了焊接变形和残余应力最小的焊接方案,为焊接实践提供指导。     

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.     

液压缸连续驱动摩擦焊接的温度场模拟与试验分析

根据连续驱动摩擦焊的简化模型,推导了焊接过程的热输入数学模型;并通过热过程分析,建立了液压缸连续驱动摩擦焊接三维热分析有限元计算模型;利用有限元软件ANSYS计算获得了液压缸连续驱动摩擦焊接头温度场的分布特征。利用红外测温仪对液压缸连续驱动摩擦焊接接头温度场进行了现场测量,测量结果和数值模拟结果基本一致。     

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.     

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.     

焊接热过程和冶金过程

等离子束表面冶金热影响区的特点；无熔深堆焊界面质量与工件温度研究初探；焊接成形中堆积轨迹对温度场影响的数值模拟；不同软件模拟不锈钢GTAW温度场结果的比较；钽薄板TIG点焊熔池的计算；模拟一测量结合反演焊接条件下材料热导率；铝合金搅拌摩擦焊温度场的数值模拟；神经元网络反演LY2铝合金焊接过程热导率。[编者按]     

基于Sysweld的6061铝合金T型接头热力耦合模拟

采用双椭球体热源分布模型,基于Sysweld仿真软件,对6061铝合金T型接头焊接过程进行热力耦合数值模拟仿真。首先通过SolidWorks建立三维模型并导入Visual-Mesh进行网格划分,之后在Visual-Weld中对焊接过程进行模拟仿真,获得了温度场及应力应变的分布情况,然后对焊接过程温度云图及焊件整体形变进行分析。结果表明:熔池金属在焊缝边缘且体积较小,加热面积小、功率密度大,对周围金属的热影响较小,位移误差最大处2.64 mm,焊接应力在夹具处最大,热源选择误差不大,仿真结果可信,可以为后续实验提供指导。     

6061铝合金粉末冷压成形本构模型

在粉末压制过程中,材料的本构方程表征着粉体的变形机理,是用数值模拟方法研究、分析粉末压制过程的基础,因此,建立粉末压制本构方程对研究铝合金粉末压制成形规律、优化模具设计及工艺参数具有重要意义。通过对6061铝合金粉末进行单轴压缩、径向压缩(巴西圆盘实验)和模压实验,建立了相关材料参数随相对密度的变化规律,成功建立了Drucker-Prager Cap本构模型,并基于Abaqus仿真软件二次开发用户子程序USDFLD,添加了粉体材料密度场下6061铝合金粉末的模型参数,对铝合金粉末压制过程进行了数值模拟分析,通过压制力、位移曲线和相对密度分布结果验证了6061铝合金粉末冷压DPC本构模型的正确性。致密度在ρ=0.75～0.84范围内,仿真精度较高,即修正的DPC模型能更为准确地描述6061铝合金粉末的后期压制行为。     

动车组铝合金型材地板焊接变形的数值模拟

采用非线性有限元软件MSC.Marc对动车组地板大型复杂铝合金挤压中空型材结构的焊接过程进行了数值模拟.为了提高计算效率和精度,对结构的有限元模型进行了合理的疏密过度的网格划分,实测了材料随温度变化的热物理-力学性能参数,并采用双椭球体热源模型模拟MIG焊接热源.通过对某型号动车组地板结构焊接后挠曲变形的实际检测,结果证明模拟计算结果与检测数据吻合良好.研究结果证实:基于热-机耦合的有限元法并将材料动态高温性能参数的试验测试数据代入模拟计算的方案,能够为动车组铝合金型材地板焊接结构的焊接变形预测提供高效、高精度的技术手段利用本方法可以实现同类复杂结构焊接变形高精度预测.     

基于FEA的插管结构焊接变形规律分析

为了明确插管结构的焊接变形规律，利用有限元分析软件MSC.Marc，考虑材料非线性和几何非线性，建立了热弹塑性有限元模型，应用生死单元法分别模拟了两个插管与壳板的焊接过程.结果表明，插管发生鼓胀变形，并伴有轴线的偏移；焊缝附近的壳板发生翘曲变形，壳板其余位置刚度较小处发生较大的下塌变形.在插管结构的有限元模拟之前，通过平板对接试验与相应模型的有限元模拟对比，从特征节点的热过程、特征节点的焊接残余应力和焊后角变形三个方面论证了有限元模型及相关输入参数的合理性.