基于ANSYS的薄壁箱形梁的焊接温度场分析

利用有限元分析软件ANSYS对薄壁箱形梁焊接的瞬态温度场进行了分析,得到了焊件在焊接过程中每一瞬时的温度场分布情况,计算结果能够反映真实焊接过程,可以作为热弹塑性有限元法分析焊接变形的依据。在进行薄壁箱形梁焊接温度场的分析过程中,同时依据焊接工艺过程,建立了瞬时分段的焊接体热源模型,并考虑了焊接顺序的影响。     

结合型分布带状分段移动热源模型

在数值模拟分析大型焊接结构的焊接残余应力和变形时,可以采用分段移动带状热源模型以便提高计算效率.为此,首先试验分析了不同焊接速度对焊接温度场带状特性的影响.并在已建立的结合型分布圆形热源模型的基础上,推导出了结合型分布带状分段移动热源模型的节点热流与加载时间的计算公式.结果表明,焊接速度大于4mm/s时,较长区段的温度场已经具有带状分布特点.此外,与高斯分布带状分段移动热源模型的节点热流与加载时间的计算公式相比,推导出的公式不但与总的热输入量有关,还与电弧和熔滴的热量分配比有密切的关系.     

铝合金加筋板焊接温度场和残余应力数值模拟

数值模拟作为一种高效可靠的技术手段,可分析焊接过程中温度场的分布情况。在数值模拟中,采用热源模型代替焊接热输入,使用热源模型是获取温度场的基础。梳理了现有的热源模型,并进行分类归纳,分析和总结了不同热源模型的特点、局限性及适用焊接场景。结果表明,高斯热源适应于焊接速度小、电弧冲击力小、焊接板材厚度不大的焊接方法;双椭球热源适用于焊接速度大、电弧冲击力大、焊接板材厚度较大的焊接方法;在大型构件的数值模拟中,采用带状分段移动热源可以大幅提升计算效率;针对焊接熔池形状复杂和焊接热输入需分成2部分的情况下,采用组合热源比单一热源得到的模拟结果更准确;对于动态特性明显的焊接过程,动态热源模型相比静态热源模型更具优势。

     

热源模型对Q420厚板焊接残余应力和变形预测精度的影响

以板厚为40 mm的Q420高强钢多层多道焊接头为研究对象,基于有限元软件MSC. Marc,分别采用移动热源模型和瞬间热源模型对接头的残余应力与变形进行了数值模拟,同时也用试验方法测量了接头的焊接残余应力和变形。对比数值模拟结果与试验结果可知,移动热源模型对焊接残余应力和变形都有较高的预测精度;瞬间热源模型只能比较精确的预测焊接残余应力,预测的焊接变形远低于实际测量值,然而,瞬间热源模型能大幅度的缩短计算时间。如果焊接构件只关注焊接残余应力,瞬间热源模型将具有更大的优势。     

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.     

大型复杂结构件高效焊接热源

文中基于分段化思想,建立了以焊缝等效温度为控制参数的分段移动温控型体热源模型,并利用Q345B平板对接焊模型对其进行模拟验证. 同时以计算时间、计算精度为基准,基于不同网格尺寸,对分段移动温控型热源、逐点移动双椭球体热源、分段移动双椭球体热源三种热源模型的计算效率进行对比分析. 结果表明,文中提出的分段移动温控型体热源模型所获得的残余应力和变形与逐点移动双椭球体热源模拟结果趋势一致,其计算精度与分段移动双椭球体热源相当,但计算效率更高,在复杂结构件上的使用效果更突出.     

分段退焊对角接接头焊接残余应力及变形的影响

基于热-弹塑性有限元理论,以Abaqus软件为平台进行角接接头焊后残余应力及变形的分析,采用分段移动热源模型并利用Fortran语言开发热源子程序,分别采用直通焊和分段退焊两种方式进行角接接头焊接温度场、残余应力及变形的数值模拟分析.结果表明:横向变形是角接接头最主要的变形;角接接头焊接在焊缝端口处的残余应力为压应力,...     

数值模拟技术在激光焊接过程中的应用及发展

基于MSC.Marc 通用有限元软件平台开发高效的增强移动热源模型,并采用热-弹-塑性有限元法和增强移动热源模型,对长度为13 832 mm的机车车辆大型长直结构焊接变形进行了数值模拟. 同时测量了长直结构的焊接变形,并与数值模拟结果进行比较,验证了所开发的有限元计算模型对长直结构焊接变形的准确性与可行性,随后,采用所开发的计算方法分析了不同焊接顺序对机车车辆大型长直结构焊接变形的影响. 结果表明,焊接顺序对焊接变形的模态和大小均有显著影响,通过调整焊接顺序能够大幅减小焊接变形,试验结果指导了大型长直结构的实际生产,并且缩短了工艺开发周期.     

机车车辆大型长直弦梁焊接变形预测

基于MSC.Marc通用有限元软件平台开发高效的增强移动热源模型，并采用热-弹-塑性有限元法和增强移动热源模型，对长度为13 832 mm的机车车辆大型长直结构焊接变形进行了数值模拟.同时测量了长直结构的焊接变形，并与数值模拟结果进行比较，验证了所开发的有限元计算模型对长直结构焊接变形的准确性与可行性，随后，采用所开发的计算方法分析了不同焊接顺序对机车车辆大型长直结构焊接变形的影响.结果表明，焊接顺序对焊接变形的模态和大小均有显著影响，通过调整焊接顺序能够大幅减小焊接变形，试验结果指导了大型长直结构的实际生产，并且缩短了工艺开发周期.     

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。     

胫骨生物陶瓷复合材料的微结构增韧机理

扫描电镜观察显示胫骨是一种由羟基磷灰石和胶原蛋白组成的自然生物陶瓷复合材料.羟基磷灰石具有层状的微结构并且平行于骨的表面排列.观察也显示这些羟基磷灰石层又是由许多羟基磷灰石片所组成,这些羟基磷灰石片具有长而薄的形状,也以平行的方式整齐排列.基于在胫骨中观察到的羟基磷灰石片的微结构特征,通过微结构模型分析及实验,研究了羟基磷灰石片平行排列微结构的最大拔出能.结果表明,羟基磷灰石片长而薄的形状以及平行排列方式增加了其最大拔出能,进而提高了骨的断裂韧性.     

面向零件形状的计算机图形库的开发

论述了CAD技术中参数化设计的三种建模方法，重点介绍了基于特征的参数化建模原理。在此基础上，分析机械设计中的机构结构，归纳出其零件的几何特征构成。设计了机构CAD图形库，并提出了该图形库生成步骤和人机交互界面。     

FeCrAIW电弧喷涂层组织的致密化研究

采用激光辐照对FeCrAlW电弧喷涂层的组织进行致密化处理,借助扫描电镜和X衍射对涂层的组织进行了分析.测试了涂层的显微硬度.结果表明:涂层组织致密度提高,孔隙率明显降低.随着激光扫描速度的增加,涂层的显微硬度降低.在较低的扫描速度下,涂层与基体之间形成互熔区,涂层与基体之间产生良好的冶金结合.     

Prospects of the Use of Synergetic Approach to Solution of Problems of the Science of Nanomaterials

A synergetic approach to solution of problems of self-controlled synthesis of nanostructures and creation of self-organizing nanotechnologies is considered in connection with the superproblem of creation of materials with functional properties resembling those of biosystems. __________ Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 7, pp. 55 – 61, July, 2005.     

Kinetics of the oxidation of metals — Influence of self-diffusion of metal

The importance of the self-diffusion of a metal during its oxidation by a gas is treated for the cases of nonstoichiometric oxides having either interstitial cation or cation vacancies. We have established a general relationship for the reaction rate when a mixed diffusion process occurs. From this relationship, we have shown that the pressure dependence can be different, according to whether the rate-determining process is the self-diffusion through the metal or through the product.     

Ab-initio calculation of enthalpies of formation of intermetallic compounds and enthalpies of mixing of solid solutions

A large number of ab-initio calculations of energies of formation of intermetallic compounds have been performed in the last 15 years. The currently used methods are listed. The paper presents a review of the aluminium based compounds which have been studied. Comparisons of calculated and experimental enthalpies of formation are provided for aluminim-3d and-4d transition metal alloys at equiatomic composition. The modelling of the enthalpies of mixing of solid solutions based on a given lattice is described.