【摘要】：隨著軌道車輛的高速化發(fā)展,對車體材料的要求越來越高。鋁合金具有耐蝕性好、比強(qiáng)度高、拉伸性能好等特點(diǎn),在軌道車輛車體上的應(yīng)用得到世界各國的認(rèn)可。由于鋁合金的熱導(dǎo)率大、熱膨脹系數(shù)大等特點(diǎn),焊接時(shí)極易產(chǎn)生焊接熱裂紋,給軌道車輛生產(chǎn)帶來了一定的困難。因此,分析鋁合金焊件幾何形狀與焊接變形、殘余應(yīng)力應(yīng)變的關(guān)系,對以減小焊接變形和殘余應(yīng)力為目的的高質(zhì)量軌道車輛鋁合金焊件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的選擇上具有一定的指導(dǎo)作用。本文在ABAQUS平臺上,以5052鋁合金管狀焊件和板狀焊件作為模擬對象,熱 彈 塑性有限元數(shù)值分析理論為基礎(chǔ),考慮材料的熱物理性能非線性和幾何非線性,建立三維有限元模型。采用充分考慮溫度場和應(yīng)力變形場雙向耦合作用的直接耦合法,考察焊接速度為10mm/s、11mm/s和熱源功率為1540w、1820w下焊件焊后溫度場、塑性應(yīng)變場分布變化,得出基于直接耦合法探究的焊接工藝參數(shù)對鋁合金焊件焊接影響的相關(guān)結(jié)論。在此基礎(chǔ)上,選擇熱源功率為1820w和焊接速度為10mm/s,以直接耦合法展開對板狀焊件和管狀焊件的溫度場、應(yīng)力場和焊接變形的考察,分析不同幾何形狀焊件的焊接熱輸入和焊接熱損失的平衡狀態(tài),就溫度場和拘束度雙方面作用對比不同幾何形狀的鋁合金焊件的焊接變形量和殘余應(yīng)力的大小。通過以上相關(guān)的模擬,實(shí)現(xiàn)鋁合金焊件不同幾何形狀對焊接變形和殘余應(yīng)力影響的研究探索。根據(jù)模擬研究得出:焊接速度在一定范圍內(nèi)的改變對鋁合金板狀焊件縱向殘余應(yīng)力的分布影響較小,而對橫向殘余應(yīng)力分布影響較大,最大應(yīng)力改變幅度為3MPa,改變量占比31%。熱源功率在一定范圍的改變使得焊接殘余應(yīng)力差異性在橫向分布上表現(xiàn)明顯,而在縱向分布上表現(xiàn)不明顯,橫向殘余應(yīng)力最大改變幅度為21MPa,改變量占比181%。同時(shí)焊件幾何形狀的不同,主要引起焊接時(shí)溫度場和拘束度雙方面的不同而產(chǎn)生對焊接變形和殘余應(yīng)力的影響。一方面幾何形狀的不同導(dǎo)致焊件的拘束度不一樣,影響焊接時(shí)的塑性變形,進(jìn)而影響殘余應(yīng)力。另一方面幾何形狀對焊件和外界的熱交換的影響也較大,溫度最大改變幅度在形成穩(wěn)定熔池階段,為191℃,最大改變占比在冷卻階段,為122%。相應(yīng)的影響焊件在高溫階段時(shí)長,溫度場的不同,影響焊件的材料性能,這樣屈服強(qiáng)度處于低值的時(shí)間不等,因而發(fā)生最大塑性變形量也不一致,松弛了焊件整體內(nèi)應(yīng)力的量也不等,所以會影響焊后殘余應(yīng)力。模擬的兩焊件最大變形量相差1.35mm,最大改變占比為540%。雙方面影響的大小還得視具體的形狀改變量來判定。
【圖文】：

動準(zhǔn)則是表示材料達(dá)到屈服后，塑性變形增量的方向的假定，在三個(gè)方分量分別為 、 、 。此準(zhǔn)則時(shí)基于塑性變形具有相關(guān)的塑性應(yīng)變= （2中， ──塑性乘子；── 對 的偏導(dǎo)；──塑性應(yīng)變的增加量；．強(qiáng)化準(zhǔn)則服強(qiáng)化準(zhǔn)則材料屈服法則隨著塑性應(yīng)變增加過程的準(zhǔn)則，通常用來衡大小，其常用分為以下兩種準(zhǔn)則：1）等向強(qiáng)化準(zhǔn)則圖 2-1（a）所示，屈服面以一定的基準(zhǔn)點(diǎn)和相同的形狀均勻向外擴(kuò)張為等向強(qiáng)化準(zhǔn)則，此準(zhǔn)則以材料受到的最大屈服拉應(yīng)力與受到的屈服為基礎(chǔ)展開的。

25圖 3-2 5052 鋁合金熱物理參數(shù)合金具有優(yōu)良的耐腐蝕性、成型性和焊接性，，適用于方法，主要的化學(xué)成分為 Mg 和 Al，其相關(guān)的化學(xué)成分表 3-1 5052 鋁合金化學(xué)成分Cu Mn Mg Cr Zn F0.10 0.10 2.20-2.80 0.15-0.35 0.10 0.型的選擇BAQUS 平臺對焊件進(jìn)行焊接數(shù)值模擬時(shí)，由于該軟件
【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】：2018
【分類號】：TG404;U270.6

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本文編號：2691326