本文關(guān)鍵詞：鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核一次組織及形態(tài)模擬

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【摘要】：鋁合金電阻點(diǎn)焊熔核尺寸大小、一次組織形貌及縮松縮孔缺陷等情況決定了點(diǎn)焊焊點(diǎn)質(zhì)量,進(jìn)而決定接頭的力學(xué)性能。因鋁合金點(diǎn)焊工藝過程模擬存在諸多難點(diǎn),所以針對鋁合金點(diǎn)焊方面的數(shù)值研究還相對較少,特別是針對鋁合金點(diǎn)焊微觀組織演變及縮松縮孔的研究更為鮮見,本文運(yùn)用數(shù)值模擬方法對鋁合金點(diǎn)焊熔核尺寸、一次組織形貌及縮松縮孔進(jìn)行模擬預(yù)測,為鋁合金點(diǎn)焊接頭力學(xué)性能評估提供理論參考。首先對AA5754鋁合金電阻點(diǎn)焊過程溫度場展開數(shù)值模擬研究,模型中考慮了隨溫度變化的邊界條件、熱物性參數(shù)以及在電極力與溫度共同作用下的接觸電阻的影響,分析了不同點(diǎn)焊規(guī)范參數(shù)對熔核尺寸的影響。經(jīng)與相同點(diǎn)焊參數(shù)下獲得的點(diǎn)焊接頭剖面測量結(jié)果對比表明,模擬與實(shí)際點(diǎn)焊接頭熔核尺寸測量結(jié)果吻合較好。在前述溫度場模擬結(jié)果基礎(chǔ)上,利用元胞自動(dòng)機(jī)與有限元(CA-FE)耦合模型,實(shí)現(xiàn)了對鋁合金點(diǎn)焊接頭在冷卻凝固過程中熔核微觀組織演變的模擬,包括熔合線附近的柱狀晶競爭生長模擬以及柱狀晶向熔核中心的等軸晶轉(zhuǎn)變(CET)的模擬,在此基礎(chǔ)上,模擬研究了電流強(qiáng)度對鋁合金點(diǎn)焊熔核組織的影響。經(jīng)與實(shí)際鋁合金點(diǎn)焊接頭金相組織對比表明,鋁合金點(diǎn)焊熔核一次組織形貌、晶粒平均尺寸以及柱狀晶與等軸晶分布比例等模擬結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果吻合較好。最后基于臨界固相率法與Niyama判據(jù)對一定工藝參數(shù)下鋁合金點(diǎn)焊熔核不同類型縮松縮孔進(jìn)行模擬預(yù)測,對集中縮孔進(jìn)行了定量分析,對其他類型縮松縮孔進(jìn)行了定性分析。經(jīng)與實(shí)際點(diǎn)焊接頭縮松縮孔情況對比表明,模擬與試驗(yàn)實(shí)際結(jié)果吻合較好。
【關(guān)鍵詞】：鋁合金點(diǎn)焊 熔核尺寸 一次組織形貌 縮松縮孔 數(shù)值模擬 元胞自動(dòng)機(jī)
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG453.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注釋表11-13
• 第一章 緒論13-24
• 1.1 課題研究背景13-14
• 1.2 電阻點(diǎn)焊數(shù)值模擬進(jìn)展14-15
• 1.3 焊接接頭微觀組織模擬進(jìn)展15-21
• 1.3.1 確定性方法15-16
• 1.3.2 蒙特卡羅法16-18
• 1.3.3 元胞自動(dòng)機(jī)法18-20
• 1.3.4 相場法20-21
• 1.4 鋁合金點(diǎn)焊接頭縮松縮孔的模擬預(yù)測21-22
• 1.5 本文主要研究內(nèi)容22-24
• 第二章 鋁合金電阻點(diǎn)焊數(shù)值模擬24-38
• 2.1 引言24
• 2.2 鋁合金點(diǎn)焊基本原理24-25
• 2.3 鋁合金點(diǎn)焊溫度場的數(shù)值模擬25-35
• 2.3.1 鋁合金點(diǎn)焊模型25-26
• 2.3.2 鋁合金點(diǎn)焊基本控制方程與邊界條件26-27
• 2.3.3 鋁合金點(diǎn)焊模型網(wǎng)格劃分27-28
• 2.3.4 鋁合金點(diǎn)焊接觸電阻28-29
• 2.3.5 材料性能參數(shù)29-31
• 2.3.6 鋁合金電阻點(diǎn)焊數(shù)值模擬結(jié)果31-35
• 2.4 鋁合金點(diǎn)焊數(shù)值模擬結(jié)果試驗(yàn)驗(yàn)證35-37
• 2.4.1 試件尺寸及點(diǎn)焊試驗(yàn)參數(shù)35
• 2.4.2 模擬與實(shí)測結(jié)果對比分析35-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第三章 微觀組織模擬方法研究38-51
• 3.1 引言38
• 3.2 晶粒形核模型38-41
• 3.2.1 瞬時(shí)形核模型39
• 3.2.2 連續(xù)形核模型39-41
• 3.3 晶粒生長模型41-43
• 3.4 枝晶尖端生長動(dòng)力學(xué)43-49
• 3.4.1 過冷度的計(jì)算44-45
• 3.4.2 界面推進(jìn)速度45-46
• 3.4.3 固相率增量46-47
• 3.4.4 溶質(zhì)再分配47-48
• 3.4.5 界面曲率的計(jì)算48-49
• 3.4.6 時(shí)間步的選取49
• 3.4.7 元胞的更新與捕獲49
• 3.5 宏微觀耦合模型49-50
• 3.6 本章小結(jié)50-51
• 第四章 鋁合金點(diǎn)焊熔核一次組織模擬51-69
• 4.1 引言51
• 4.2 點(diǎn)焊熔池模擬假設(shè)51-52
• 4.3 點(diǎn)焊模型邊界條件與初始條件52
• 4.4 給定溫度場下的晶粒生長52-54
• 4.4.1 柱狀晶生長過程53-54
• 4.4.2 等軸晶生長過程54
• 4.5 實(shí)際點(diǎn)焊熔池組織模擬結(jié)果與分析54-59
• 4.5.1 鋁合金點(diǎn)焊熔核微觀組織演變過程模擬55-58
• 4.5.2 電流對鋁合金點(diǎn)焊熔核組織的影響58-59
• 4.6 點(diǎn)焊熔核組織模擬結(jié)果試驗(yàn)驗(yàn)證59-68
• 4.6.1 AA5754鋁合金點(diǎn)焊熔核組織分析59-64
• 4.6.2 鋁合金點(diǎn)焊熔核組織形貌的模擬結(jié)果驗(yàn)證64
• 4.6.3 晶粒平均尺寸模擬結(jié)果驗(yàn)證64-66
• 4.6.4 不同晶區(qū)分布范圍的模擬結(jié)果驗(yàn)證66-68
• 4.7 本章小結(jié)68-69
• 第五章 鋁合金點(diǎn)焊熔核縮松縮孔模擬69-78
• 5.1 引言69
• 5.2 點(diǎn)焊縮松縮孔模擬理論基礎(chǔ)69-73
• 5.2.1 臨界固相率f_(sc)法69-70
• 5.2.2 Niyama新山判據(jù)70-71
• 5.2.3 模擬程序框圖71
• 5.2.4 相關(guān)模擬參數(shù)計(jì)算71-73
• 5.3 點(diǎn)焊縮松縮孔模擬73-77
• 5.3.1 集中縮孔73-74
• 5.3.2 集中縮孔與宏觀縮松74
• 5.3.3 集中縮孔與宏微觀縮松74-75
• 5.3.4 宏微觀縮松75-76
• 5.3.5 無收縮缺陷76-77
• 5.4 本章小結(jié)77-78
• 第六章 總結(jié)78-79
• 參考文獻(xiàn)79-84
• 致謝84-85
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文85

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：744098