薄壳结构封闭焊缝应力变形行为预测及控制研究

摘要

失稳变形是一种复杂的变形方式，在进行薄壳结构焊接时，也会出现焊后失稳，造成工件形状严重超差，给生产和应用带来困难。本文从弹性力学角度出发，运用变分法和变形计算理论对此进行了研究，用弹性力学中的简化模型分析失稳变形的临界应力，简化模型的应力分布与实际焊接时较为相似。通过试验测定，焊接后周向残余应力的远远超过临界失稳应力的大小。 本文还采用变分法进行薄壳结构的变形预测，建立薄壳结构形变能与焊接热输入的关系，认为焊接时变形的产生是由热输入引起的，从而求解临界应力计算时挠度表达式的待定系数，针对具体焊接规范将试验值与计算值进行了比较，受散热条件和焊接过程其它因素的影响，计算时热效率的取值精度不够，计算结果与试验结果有一定的差异，这说明焊接时的变形预测受具体条件的限制。 采用铝合金进行了平面封闭焊缝应力变形控制试验。采用随焊冲击碾压，变形量降低明显。受冲击压力的限制，难以一次将变形控制在理想范围内。另外，还运用焊后冲击碾压配合随焊冲击碾压，应力变形控制效果较好，径向应力分布趋于平缓，周向应力分布特别是压应力峰值大大的降低，变形量也降到2mm以下。力学试验以及组织形貌对比表明，随焊冲击碾压试件焊接缺陷明显减少，接头性能得到提高。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1课题来源及研究目的和意义

1.2薄壳结构的焊接变形分析的现状

1.2.1薄壳焊接变形的理论基础

1.2.2封闭焊缝的残余应力和变形特点

1.3关于焊接应力和变形研究成果简介

1.4控制焊接变形的实验研究简介

1.4.1随焊锤击法

1.4.2温差拉伸法

1.4.3碾压法

1.4.4预拉伸法

1.5课题的主要研究内容

第2章随焊冲击碾压试验装置介绍

2.1引言

2.2随焊冲击碾压设备的工作原理

2.3随焊冲击碾压的工作过程

2.4随焊冲击碾压法控制焊接变形的理论基础

2.5设备的改进

2.6本章小结

第3章平面封闭焊缝焊后应力变形的计算

3.1引言

3.2瑞次法的介绍

3.3失稳临界应力的计算

3.3.1按压曲微分方程计算失稳临界应力

3.3.2采用能量法计算临界失稳应力

3.4瑞次法求解失稳变形的分布形态

3.5本章小结

第4章试验验证与计算结果的对比分析

4.1引言

4.2薄壳焊后失稳变形的分析

4.3残余收缩变形的计算值与试验值的比较

4.3.1 2A14T2(LY12CZ)铝合金的材料性能参数

4.3.2周向残余收缩变形的计算值

4.3.3径向残余收缩变形的计算与试验对比

4.4失稳变形的计算及其与试验测量值的比较

4.4冲击碾压控制焊接应力变形的试验工艺及结果

4.4.1随焊冲击碾压配合焊后冲击碾压应力控制效果

4.4.2随焊冲击碾压配合焊后冲击碾压变形控制效果

4.4.3随焊冲击碾压配合焊后冲击碾压组织性能分析

4.5本章小结

结论

参考文献

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致谢