本文關(guān)鍵詞：T型接頭激光深熔焊熱—力學(xué)有限元分析　出處：《上海工程技術(shù)大學(xué)》2015年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：激光焊接“三明治”夾芯板使三明治輕量化結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)(高比強(qiáng)度、高比剛度)與激光焊接柔性加工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)(焊縫深寬比大、焊接應(yīng)力與變形小等)有效結(jié)合,滿足了激光焊接三明治夾芯板的結(jié)構(gòu)要求和生產(chǎn)效率要求,使三明治夾芯板的模塊化生產(chǎn)技術(shù)更加成熟,在船舶輕量化中的應(yīng)用前景更加廣闊。本課題以船舶輕量化為研究背景,以T型接頭為研究對(duì)象,基于ANSYS平臺(tái),應(yīng)用實(shí)驗(yàn)和有限元數(shù)值模擬的方法,研究了激光深熔焊的熱-力學(xué)現(xiàn)象。在分析了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,對(duì)激光深熔焊熱源模型進(jìn)行了總結(jié),建立了T型接頭溫度場(chǎng)模型并對(duì)實(shí)現(xiàn)算法進(jìn)行了程序優(yōu)化,得到了T型接頭溫度場(chǎng)分布,預(yù)測(cè)了T型接頭焊縫形貌并優(yōu)化了工藝參數(shù),最后模擬了T型接頭激光深熔焊的應(yīng)力分布,得到了以下結(jié)論:綜合考慮T型接頭的實(shí)體模型、網(wǎng)格劃分和熱源模型的加載,基于APDL(ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言),優(yōu)化了焊接溫度場(chǎng)的實(shí)現(xiàn)算法;建立了T型接頭綜合材料模型,同時(shí)考慮了材料屬性隨溫度的變化、熔池對(duì)流、相變潛熱、材料輻射等問(wèn)題,使所建模型盡量的接近實(shí)際情況。對(duì)九種體熱源模型進(jìn)行了對(duì)比研究,其中的五種為新建體熱源模型,經(jīng)過(guò)對(duì)比分析表明,雙橢球+柱組合熱源模型、錐+柱改進(jìn)體熱源模型及旋體+柱改進(jìn)體熱源模型所得模擬結(jié)果的溫度場(chǎng)輪廓與實(shí)驗(yàn)焊縫輪廓匹配良好,可以準(zhǔn)確的模擬T型接頭的激光深熔焊加工過(guò)程。進(jìn)一步對(duì)新建立的旋體+柱改進(jìn)體熱源模型進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并應(yīng)用此模型模擬了T型接頭激光深熔焊的溫度場(chǎng),得到了焊接過(guò)程與冷卻過(guò)程的溫度場(chǎng)變化,研究了焊接熔池的三維形狀,討論了激光功率與焊接速度對(duì)焊接熔池形狀的影響。為了指導(dǎo)熱源模型的選取和簡(jiǎn)化熱源模型參數(shù)的確定過(guò)程,基于響應(yīng)面分析建立了激光深熔焊參數(shù)與熔深WP、熔寬WW、面板與芯板結(jié)合區(qū)焊縫的寬度WB之間的數(shù)學(xué)模型,經(jīng)方差分析、數(shù)據(jù)檢驗(yàn)、模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,證明了所建模型可用于焊縫形貌預(yù)測(cè),從而使T型接頭熱源模型參數(shù)的確定過(guò)程簡(jiǎn)單有效;并以焊縫形貌參數(shù)和焊接成本為標(biāo)準(zhǔn)對(duì)激光深熔焊工藝進(jìn)行了優(yōu)化。系統(tǒng)研究了焊接參數(shù)對(duì)焊縫形貌的影響規(guī)律:對(duì)于熔深,激光功率影響最顯著且為正相關(guān),其次是焊接速度且為負(fù)相關(guān),裝配間隙單獨(dú)變化對(duì)熔深影響不顯著;對(duì)于熔寬,焊接速度影響最顯著且為負(fù)相關(guān),其次是激光功率且為正相關(guān),裝配間隙和激光功率的交互作用對(duì)熔寬影響顯著;對(duì)于結(jié)合區(qū)焊縫寬度,三因素對(duì)其都有影響,激光功率和裝配間隙的影響較顯著。應(yīng)用生死單元技術(shù)對(duì)焊接過(guò)程中的應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬,得到了焊接過(guò)程中應(yīng)力的演變過(guò)程及應(yīng)力場(chǎng)的分布情況,結(jié)果表明,隨著焊接熔池的移動(dòng),已凝固焊縫應(yīng)力由0迅速增大,在焊縫區(qū)、近焊縫區(qū)和面板與芯板的結(jié)合區(qū)出現(xiàn)高的應(yīng)力集中區(qū);焊接過(guò)程中,沿焊縫方向的應(yīng)力SZ與沿厚度方向的應(yīng)力SY值較接近且大于橫向應(yīng)力SX,應(yīng)力最大值出現(xiàn)在熱影響區(qū)。進(jìn)一步對(duì)焊接殘余應(yīng)力進(jìn)行了分析,得到了焊接殘余應(yīng)力的分布情況,結(jié)果表明,焊縫兩端的殘余應(yīng)力分布規(guī)律相同,焊縫上表面橫向殘余應(yīng)力SX與沿焊縫方向的殘余應(yīng)力SZ較大沿厚度方向的殘余應(yīng)力SY較小;對(duì)于T型接頭來(lái)說(shuō),沿厚度方向亦存在較大殘余應(yīng)力,在面板與芯板的結(jié)合區(qū)域形成高應(yīng)力集中。
[Abstract]:This paper studies the thermal - mechanical phenomena of laser deep fusion welding by using T - shaped joint as the research object , and then simulates the temperature field of T - shaped joint laser deep fusion welding . The model is used to simulate the temperature field distribution of T - type joint laser deep fusion welding . The influence of welding parameters on weld topography is studied by numerical simulation of welding parameters and welding cost . The results show that , with the movement of welding pool , the influence of welding parameters on welding flux is not significant .

【學(xué)位授予單位】：上海工程技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG456.7

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1363663