本文關(guān)鍵詞：基于ABAQUS平臺對鋁合金焊接變形和應(yīng)力的數(shù)值模擬及研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：焊接作為先進(jìn)的制造技術(shù),是當(dāng)今復(fù)雜結(jié)構(gòu)制造過程的重要連接方法,在材料加工領(lǐng)域中占有十分重要的地位。由于焊接受熱過程的高度局部性和瞬時性,將不可避免的產(chǎn)生焊接應(yīng)力及焊后變形,嚴(yán)重影響到焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和構(gòu)件的使用性能,因此如何準(zhǔn)確推斷焊接結(jié)構(gòu)的力學(xué)行為,獲取焊接殘余應(yīng)力和焊接變形的研究一直是焊接力學(xué)中尤為重要的課題之一。近年來,隨著焊接預(yù)測理論的日趨成熟和計算機(jī)技術(shù)的快速進(jìn)步,數(shù)值模擬作為預(yù)測焊接變形的有效方法被廣泛研究和推廣。其中以熱 彈 塑性有限元法的應(yīng)用最為常見,該方法考慮了材料物理、力學(xué)性能特性和焊接工藝參數(shù)對焊接導(dǎo)熱過程的影響,追蹤了焊接構(gòu)件的動態(tài)應(yīng)力應(yīng)變演變過程,詳細(xì)掌握了焊接應(yīng)力和變形的產(chǎn)生及變化趨勢,理論上可處理任意復(fù)雜構(gòu)件的焊接應(yīng)力及變形問題。同時,焊接是一個涵蓋熱學(xué)、力學(xué)、金相學(xué)的復(fù)雜問題,對于焊接過程的數(shù)值模擬:不僅僅需要建立科學(xué)妥當(dāng)?shù)牧W(xué)模型、材料模型、熱源模型,更需要解決構(gòu)件高度復(fù)雜的非線性收斂問題。而目前的焊接數(shù)值模擬技術(shù),特別是針對焊接變形及殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬還存在計算時間長、解析精度不夠的問題。研究表明:有限元解析精度和數(shù)值計算效率是焊接數(shù)值模擬分析的關(guān)鍵,高效、高精度的數(shù)值模擬一直是焊接仿真分析的難點(diǎn),如何根據(jù)不同的研究背景和求解需求,為模型選擇最為合理的研究方案,用盡量短的計算時間得到盡量精確的解析結(jié)果是有限元分析過程中一個復(fù)雜而至關(guān)重要的問題,同時也是數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用到實(shí)踐生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。目前,熱 彈 塑性間接耦合法應(yīng)用最為廣泛,但該方法僅考慮了溫度場對于應(yīng)力場的單向耦合作用,忽略了應(yīng)力場對溫度場的反向影響,一定程度上影響了數(shù)值模擬的計算精度。而熱 彈 塑性直接耦合法充分考慮了焊接應(yīng)力 應(yīng)變場和焊接溫度場之間相互耦合作用,真實(shí)的還原了焊接物理過程耦合作用的實(shí)質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn):目前對于熱 彈 塑性直接耦合法的焊接數(shù)值模擬研究較少,且主要集中在碳鋼材料方面,針對變形傾向更大的鋁合金薄板的研究還鮮有報道。因此,鑒于上述研究背景及現(xiàn)狀,本文以熱 彈 塑性有限元分析為基礎(chǔ),依托ABAQUS軟件平臺,開發(fā)了充分考慮材非線性和幾何非線性的有限元模型,以5052鋁合金作為研究對象,建立不同線性單元三維模型,研究不同線性單元對接殘余應(yīng)力和焊后變形數(shù)值模擬的影響,考察各線性單元對焊接數(shù)值模擬計算精度以及計算效率的貢獻(xiàn)。通過數(shù)值模擬分析,得到基于不同線性單元類型條件下的應(yīng)力分布和焊接變形,經(jīng)對比分析總結(jié)出各線性單元對焊接數(shù)值模擬計算精度和計算效率的影響。在此研究基礎(chǔ)上,開展熱力耦合的高精度數(shù)值研究,建立熱力雙向耦合模型,考察5052鋁合金薄板焊接過程中應(yīng)力 應(yīng)變場和焊接溫度場之間的雙向耦合效應(yīng),實(shí)現(xiàn)基于熱 彈 塑性直接耦合法的5052鋁合金薄板焊接溫度、焊接變形及殘余應(yīng)力的預(yù)測,并與熱 彈 塑性間接耦合法計算結(jié)果進(jìn)行比較和分析。通過上述研究,對實(shí)現(xiàn)高效、高精度數(shù)值模擬的可行性途徑進(jìn)行探討。
【關(guān)鍵詞】：鋁合金 數(shù)值模擬 高效計算 高精度計算 線性單元 熱力耦合
【學(xué)位授予單位】：重慶交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG404
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 課題依據(jù)10-11
• 1.1.1 選題背景10
• 1.1.2 研究意義10-11
• 1.2 焊接預(yù)測方法研究進(jìn)展11-13
• 1.2.1 經(jīng)驗法11
• 1.2.2 解析法11-12
• 1.2.3 數(shù)值模擬法12-13
• 1.3 焊接過程數(shù)值模擬研究進(jìn)展13-17
• 1.3.1 焊接熱過程模擬研究進(jìn)展13-16
• 1.3.2 焊接熱力數(shù)值模擬研究進(jìn)展16-17
• 1.4 焊接數(shù)值模擬難點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)17-18
• 1.4.1 焊接熱源模型18
• 1.4.2 焊接過程高度非線性變化18
• 1.4.3 材料高溫?zé)嵛锢硇阅軈?shù)缺乏18
• 1.4.4 數(shù)值解析工作量龐大18
• 1.5 本文研究內(nèi)容18-20
• 第二章 熱-彈-塑性有限元理論基礎(chǔ)20-30
• 2.1 熱-彈-塑性有限元法20
• 2.2 焊接熱傳導(dǎo)的有限元理論基礎(chǔ)20-26
• 2.2.1 焊接傳熱過程的基本形式20-21
• 2.2.2 焊接導(dǎo)熱微分方程21-23
• 2.2.3 焊接非線性熱傳導(dǎo)的有限元分析23-24
• 2.2.4 非線性熱傳導(dǎo)求解方法24-26
• 2.3 焊接熱 彈 塑性有限元理論基礎(chǔ)26-30
• 2.3.1 焊接熱 彈 塑性理論解析假定26
• 2.3.2 屈服準(zhǔn)則26
• 2.3.3 流動準(zhǔn)則26
• 2.3.4 強(qiáng)化準(zhǔn)則26-27
• 2.3.5 應(yīng)力 應(yīng)變關(guān)系27-28
• 2.3.6 平衡方程28
• 2.3.7 熱-彈-塑性求解過程28-30
• 第三章 焊接數(shù)值過程有限元模型的建立30-34
• 3.1 有限元模型及焊接工藝30-31
• 3.2 熱源模型31-32
• 3.3 焊接過程單值性條件32-34
• 第四章 線性單元對焊接殘余應(yīng)力及變形數(shù)值模擬影響的研究34-44
• 4.1 研究對象34
• 4.2 ABAQUS單元庫34-35
• 4.3 網(wǎng)格劃分及力學(xué)邊界條件35-36
• 4.4 焊接應(yīng)力場數(shù)值模擬36
• 4.5 焊接應(yīng)力數(shù)值結(jié)果及分析36-43
• 4.5.1 焊接應(yīng)力場36-39
• 4.5.2 焊接變形39-42
• 4.5.3 計算時間42-43
• 4.6 本章小結(jié)43-44
• 第五章 基于直接耦合法的高精度數(shù)值模擬研究44-60
• 5.1 熱 彈 塑性直接耦合法44-45
• 5.2 有限元模型的簡化45-46
• 5.3 熱 彈 塑性直接耦合法有限元基礎(chǔ)46-48
• 5.3.1 熱力耦合算法46-47
• 5.3.2 直接耦合法有限元分析基礎(chǔ)47-48
• 5.4 有限元模型及單元選擇48-49
• 5.5 數(shù)值模擬計算結(jié)果及討論49-59
• 5.5.1 焊接溫度場49-54
• 5.5.2 焊接應(yīng)力場54-57
• 5.5.3 焊接變形57-59
• 5.6 本章小結(jié)59-60
• 第六章 結(jié)論與展望60-62
• 6.1 全文總結(jié)60-61
• 6.2 研究展望61-62
• 致謝62-64
• 參考文獻(xiàn)64-70
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果70

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中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 董梅云;;數(shù)值模擬中對標(biāo)儲量的確定方法[J];長江大學(xué)學(xué)報(自科版);2013年14期

2 程林松,李春蘭,陳月明;CO_2在水中溶解的數(shù)值模擬方法[J];石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1998年02期

3 吳超;吳楠;宗營;;洞庫收油作業(yè)油氣排放數(shù)值模擬研究[J];中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量;2011年03期

4 許軍，宋培基;數(shù)值模擬在埕4南塊調(diào)整方案中的應(yīng)用[J];油氣采收率技術(shù);1994年01期

5 張鶴譽(yù);趙曉明;鄭振榮;;織物熱傳遞的數(shù)值模擬研究進(jìn)展[J];山東紡織科技;2014年01期

6 袁益讓,趙衛(wèi)東,程愛杰,王文洽,韓玉笈;多層油資源運(yùn)移聚集的數(shù)值模擬和實(shí)際應(yīng)用[J];應(yīng)用數(shù)學(xué)和力學(xué);2002年08期

7 吳言高,李午申,鄒宏軍,馮靈芝;焊接數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J];焊接學(xué)報;2002年03期

8 劉曉爽;肖鈞;畢昆;楊光華;何樂;;火災(zāi)數(shù)值模擬技術(shù)在核電廠防火設(shè)計中的應(yīng)用研究[J];中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù);2013年06期

9 何世明;周小君;龍平;孫洪亮;敬承杰;;井噴后硫化氫擴(kuò)散數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀[J];工業(yè)安全與環(huán)保;2013年07期

10 陳友蓮,楊洪志;Desk-Top VIP垂管流計算在氣藏數(shù)值模擬研究中的應(yīng)用[J];天然氣勘探與開發(fā);2004年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉慈群;郭白奇;;有彌散和吸附的徑向滲流的數(shù)值模擬[A];第五屆全國水動力學(xué)學(xué)術(shù)會議暨第十五屆全國水動力學(xué)研討會文集[C];2001年

2 袁帥;張漢昭;古成鋼;;爆炸密封的初步數(shù)值模擬研究[A];第五屆全國強(qiáng)動載效應(yīng)及防護(hù)學(xué)術(shù)會議暨復(fù)雜介質(zhì)/結(jié)構(gòu)的動態(tài)力學(xué)行為創(chuàng)新研究群體學(xué)術(shù)研討會論文集[C];2013年

3 孫遠(yuǎn)翔;徐琳;;混凝土和鋼筋混凝土沖擊試驗的數(shù)值模擬[A];第22屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集第Ⅲ冊[C];2013年

4 陳剛;陳忠富;;45鋼Taylor撞擊變形的數(shù)值模擬[A];中國力學(xué)學(xué)會學(xué)術(shù)大會'2009論文摘要集[C];2009年

5 沈成康;吳建成;翁智遠(yuǎn);趙永言;;混凝土板在彈體沖擊下的響應(yīng)試驗與數(shù)值模擬[A];第八屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第Ⅲ卷）[C];1999年

6 劉仁培;董祖玨;魏艷紅;;焊接凝固裂紋數(shù)值模擬前處理系統(tǒng)[A];第十次全國焊接會議論文集（第1冊）[C];2001年

7 余春祥;;彈丸穿鋼靶姿態(tài)變化的數(shù)值模擬[A];中國工程物理研究院科技年報（2005）[C];2005年

8 買買提明·艾尼;;現(xiàn)代數(shù)值模擬方法與工程實(shí)際應(yīng)用[A];第22屆全國結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集第Ⅰ冊[C];2013年

9 劉瑞祥;陳立亮;周建新;廖敦明;;鑄造數(shù)值模擬技術(shù)在重機(jī)行業(yè)的應(yīng)用[A];首屆中國大型鑄鍛件制造技術(shù)發(fā)展論壇論文集[C];2006年

10 張勛;徐豐;;數(shù)值模擬倒三角腔內(nèi)分層流體的瞬態(tài)對流[A];北京力學(xué)會第20屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2014年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前4條

1 本報實(shí)習(xí)記者 蔣文雯 通訊員 羅耀華;寶鋼數(shù)值模擬研究和應(yīng)用領(lǐng)跑鋼鐵行業(yè)[N];中國冶金報;2012年

2 通訊員 朱江　馮明農(nóng);風(fēng)能項目組研討數(shù)值模擬產(chǎn)品共享[N];中國氣象報;2010年

3 楊雄飛;煉鋼與環(huán)境技術(shù)的研究方法[N];世界金屬導(dǎo)報;2007年

4 上海交通大學(xué) 潘健生;材料熱處理過程的數(shù)值模擬[N];科技日報;2002年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 楊文彬;幾類反應(yīng)擴(kuò)散模型的動力學(xué)行為及其數(shù)值模擬[D];陜西師范大學(xué);2015年

2 郄思遠(yuǎn);多級環(huán)流裝置的流體力學(xué)研究與其在分離過程中的應(yīng)用[D];天津大學(xué);2014年

3 黃利忠;庫特兩相流中固粒運(yùn)動與碰撞的數(shù)值模擬[D];浙江大學(xué);2015年

4 Mohammed Aman Ullah（阿曼）;用守恒型跟蹤算法數(shù)值模擬流體中的介質(zhì)界面[D];上海大學(xué);2011年

5 楊堅;縫洞型碳酸鹽巖油藏縫洞單元數(shù)值模擬理論與方法研究[D];中國石油大學(xué);2007年

6 張立文;數(shù)值模擬技術(shù)在金屬材料固態(tài)加工中的應(yīng)用[D];大連理工大學(xué);2004年

7 史鋒;野外風(fēng)沙躍移運(yùn)動的觀測實(shí)驗與數(shù)值模擬[D];蘭州大學(xué);2010年

8 王志東;三維自由面湍流場數(shù)值模擬及其在水利工程中的應(yīng)用[D];河海大學(xué);2004年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 魏月友;基于數(shù)值模擬的離心浮選機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究[D];河北工業(yè)大學(xué);2015年

2 吳中元;基于數(shù)值模擬的隧道窯能耗優(yōu)化方法研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2016年

3 薛洪亮;熱電自冷卻系統(tǒng)數(shù)值模擬與實(shí)驗研究[D];吉林大學(xué);2016年

4 李姍;O_2/CO_2氛圍下天然氣燃燒數(shù)值模擬及熱物性檢測研究[D];長江大學(xué);2016年

5 李海濤;粉煤灰固化充填密閉特性參數(shù)數(shù)值模擬研究[D];西安科技大學(xué);2015年

6 王譚;立交橋與地鐵站共站位條件下施工順序?qū)囌咀冃渭皟?nèi)力的影響[D];華南理工大學(xué);2016年

7 石玉洋;徽州傳統(tǒng)民居冬季熱壓自然通風(fēng)研究[D];安徽工業(yè)大學(xué);2016年

8 郭煒;下墊面效應(yīng)對數(shù)值模擬影響的研究[D];中國民航大學(xué);2015年

9 王先董;自然通風(fēng)高位收水冷卻塔收水裝置的數(shù)值模擬和優(yōu)化研究[D];華北電力大學(xué);2016年

10 溫智慧;新興電廠冷卻塔進(jìn)風(fēng)口擋風(fēng)面積優(yōu)化的數(shù)值模擬[D];華北電力大學(xué);2016年

  本文關(guān)鍵詞：基于ABAQUS平臺對鋁合金焊接變形和應(yīng)力的數(shù)值模擬及研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號：337958