本文關(guān)鍵詞：不銹鋼點焊溫度場及分流對其影響的數(shù)值模擬研究

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【摘要】：電阻點焊是廣泛應(yīng)用于軌道客車及汽車車體制造的重要技術(shù)，它是一個涉及熱、電、力等多個物理學(xué)科的工藝過程。由于點焊形核過程的瞬時性和不可見性，使其試驗研究變得相對困難，通過數(shù)值模擬技術(shù)可以很好的解決這一問題。利用耦合場可以模擬多個物理環(huán)境共同作用的點焊過程，通過設(shè)置不同的點焊參數(shù)條件及建立與實際情況更為接近的模型進(jìn)行數(shù)值仿真分析，可以得到試驗所不能獲取的信息，從而對電阻點焊機理有更加深入和系統(tǒng)的了解。 本文利用有限元模擬軟件ANSYS研究SUS304不銹鋼的點焊過程，通過熱、電、力耦合結(jié)合生死單元技術(shù)分析不銹鋼電阻點焊過程的電勢場、溫度場和電流密度分布，并模擬不同焊接參數(shù)對熔核形成過程的影響和分流對焊接溫度場的影響。 本文分析了點焊預(yù)壓階段焊接區(qū)的應(yīng)力應(yīng)變分布及電極/工件、工件/工件接觸情況。由分析可知：電極和工件內(nèi)部應(yīng)力均為壓應(yīng)力，軸向壓應(yīng)力最大值在工件/工件接觸面，在工件內(nèi)部分布均勻，徑向壓應(yīng)力最大值在電極/工件接觸面，沿徑向逐漸減小，電極/工件和工件/工件接觸壓應(yīng)力峰值均出現(xiàn)在對稱中心附近，接觸壓應(yīng)力隨時間遞增，沿徑向逐漸減小；工件/工件間接觸面積明顯大于電極/工件接觸面積；隨電極壓力增大，接觸壓應(yīng)力增加，接觸半徑增大。 利用預(yù)壓分析得到的接觸信息作為初始接觸條件，建立熱電耦合和熱力耦合模型，采用順序耦合方法實現(xiàn)兩個物理場的轉(zhuǎn)換，利用生死單元技術(shù)解決接觸面積動態(tài)變化的問題。模擬中綜合考慮材料的物性參數(shù)，特別是接觸電阻的設(shè)置，通過分析深入了解形核機理。結(jié)果表明：通電過程中溫度不斷升高，最終形成熔核；并且隨焊接電流的增大，熔核尺寸不斷增大；增加通電時間與增大焊接電流的作用相似；隨電極壓力的增大，熔核尺寸略減小。維持階段溫度快速降低，熔化溫度區(qū)逐漸收縮，維持結(jié)束時，等溫線變?yōu)榇怪庇趶较蚍植嫉南∈杵叫芯�。 焊接分流可能引起熔核直徑和焊透率的下降，，影響焊接接頭的承載能力。本文建立不同點焊間距和不同板厚的模型模擬焊接分流情況，并比較不同點焊間距對熔核尺寸的影響。分析可知：分流現(xiàn)象的出現(xiàn)使熔核尺寸減小，并且隨焊點間距增大分流作用減弱，隨板厚的增加分流作用增強，對于2mm等厚SUS304不銹鋼焊點間距應(yīng)在30mm以上。 經(jīng)試驗驗證，模擬結(jié)果與試驗結(jié)果誤差不大。試驗驗證了模擬方法的正確性，模擬結(jié)果對實際生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：點焊 不銹鋼 數(shù)值模擬 溫度場 分流
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG453.9
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-20
• 1.1 選題背景及意義10-12
• 1.2 點焊數(shù)值模擬技術(shù)的研究進(jìn)展12-17
• 1.2.1 焊接數(shù)值模擬概述12-13
• 1.2.2 電阻點焊過程數(shù)值模擬的研究發(fā)展13-17
• 1.2.3 多點焊數(shù)值模擬的發(fā)展趨勢17
• 1.2.4 電阻點焊過程數(shù)值模的發(fā)展趨勢17
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容17-20
• 第2章 不銹鋼點焊預(yù)壓數(shù)值模擬分析20-34
• 2.1 彈塑性接觸有限元分析理論20-22
• 2.1.1 彈塑性分析的理論基礎(chǔ)20-22
• 2.1.2 接觸問題有限元分析的基本思路22
• 2.2 不銹鋼點焊預(yù)壓分析模型22-26
• 2.2.1 幾何模型23
• 2.2.2 網(wǎng)格劃分及邊界條件23-25
• 2.2.3 材料成分及力學(xué)性能參數(shù)25-26
• 2.2.4 求解設(shè)置26
• 2.3 結(jié)果分析26-32
• 2.3.1 接觸面壓力對比26-28
• 2.3.2 電極壓力對預(yù)壓過程的影響28-30
• 2.3.3 應(yīng)力應(yīng)變場分析30-32
• 2.4 本章小結(jié)32-34
• 第3章 不銹鋼電阻點焊熱電力耦合分析34-60
• 3.1 點焊過程的基本方程34-38
• 3.1.1 點焊熱源34-35
• 3.1.2 熱電方程35-36
• 3.1.3 熱彈塑性應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系36-38
• 3.2 不銹鋼點焊的有限元模型38-42
• 3.2.1 模型的建立39
• 3.2.2 網(wǎng)格劃分及邊界條件39-41
• 3.2.3 材料性能參數(shù)41-42
• 3.3 點焊數(shù)值模擬中的關(guān)鍵技術(shù)42-49
• 3.3.1 接觸電阻的處理42-45
• 3.3.2 順序耦合45-46
• 3.3.3 生死單元技術(shù)46
• 3.3.4 點焊模擬流程46-49
• 3.4 模擬結(jié)果分析49-53
• 3.4.1 溫度場分布49-52
• 3.4.2 電勢場分布52-53
• 3.4.3 接觸半徑變化53
• 3.5 點焊工藝參數(shù)對熔核形成過程的影響53-57
• 3.5.1 焊接壓力對熔核形成過程的影響54-55
• 3.5.2 焊接電流對熔核形成過程的影響55-56
• 3.5.3 通電時間對熔核形成過程的影響56-57
• 3.6 本章小結(jié)57-60
• 第4章 不銹鋼電阻點焊分流的數(shù)值模擬60-68
• 4.1 點焊分流的影響因素及改善措施60-61
• 4.1.1 點焊分流的影響因素60-61
• 4.1.2 點焊分流的改善措施61
• 4.2 模擬方法61-62
• 4.3 模擬結(jié)果分析62-66
• 4.3.1 分流對電流密度分布的影響62
• 4.3.2 焊距對分流的影響62-65
• 4.3.3 板厚對分流的影響65
• 4.3.4 分流對熔核形成過程的影響65-66
• 4.4 本章小結(jié)66-68
• 第5章 試驗驗證68-72
• 5.1 試驗條件68
• 5.2 試驗結(jié)果與模擬結(jié)果對比68-70
• 5.3 誤差分析70-71
• 5.4 本章小結(jié)71-72
• 第6章 結(jié)論72-74
• 參考文獻(xiàn)74-79
• 致謝79

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：695108