7A52铝合金焊接接头表面纳米化前后残余应力有限元分析

摘要

7A52超硬铝合金是军用车辆焊接构件的常用材料,本文以该合金双丝MIG焊接头的表面纳米化试验为基础,利用ANSYS有限元软件,对该焊接接头表面纳米化前后的残余应力进行了有限元分析。旨在从理论上深入探讨表面纳米化对焊接残余应力的影响规律,从而为7A52铝合金焊接接头表面纳米化的试验研究提供理论指导。取得的主要结果和结论为:(1)焊接温度场计算结果表明:采用ANSYS的“生死”单元技术实现了多层焊中焊缝填充的动态过程,与真实试验过程基本吻合。焊缝区的最高温度可达到837℃,与理论计算结果一致。(2)焊接应力场计算结果表明:焊缝区的纵向残余应力均为拉应力。沿板宽方向,拉应力数值在24~99MPa之间;而沿焊缝方向,最大值为68MPa。焊缝区的横向残余应力既有拉应力,也有压应力。沿板宽方向,均为拉应力,最大值为22MPa;而沿焊缝方向,两端为压应力,最大值为16MPa,中间部位附近区域为拉应力,最大值为22MPa。(3)固溶-人工时效处理应力场计算结果表明:焊缝区的纵向残余拉应力有所减小。沿板宽方向,最大拉应力由固溶处理前的99MPa减小到56MPa;而沿焊缝方向,最大拉应力由固溶处理前的68MPa减小到56MPa。焊缝区的横向残余应力既有拉应力,也有压应力,与固溶处理前相比,拉应力减小,压应力增大。沿板宽方向均为拉应力,最大拉应力由固溶处理前的22MPa减小到18MPa;而沿焊缝方向,两端为压应力,最大压应力由固溶处理前的16MPa增加到17MPa,中间部位附近区域为拉应力,最大拉应力由固溶处理前的22MPa减小到18MPa。(4)表面纳米化应力场计算结果表明:随着高能喷丸时间的增加,沿板宽和焊缝方向的纵向、横向残余应力的变化规律为,拉应力逐渐减小并转化为压应力,压应力逐渐增大,高能喷丸饱和时间为30min。焊缝区的纵向残余应力既有拉应力,也有压应力。沿板宽方向,最大拉应力由高能喷丸前的56MPa减小到27MPa,最大压应力由高能喷丸前的10MPa增大到27MPa;沿焊缝方向,最大压应力为13MPa,最大拉应力由高能喷丸前的56MPa减小到27MPa。焊接接头各区的横向残余应力均为压应力。沿板宽方向,最大压应力为20MPa;沿焊缝方向,最大压应力由高能喷丸前的17MPa增加到39MPa。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题研究目的及意义

1.2 超硬铝合金焊接的研究现状

1.3 焊接接头表面纳米化的研究现状

1.4 MIG 焊温度场和应力场模拟的研究现状

1.4.1 MIG 焊温度场模拟的研究现状

1.4.2 MIG 焊应力场模拟的研究现状

1.5 材料表面改性数值模拟的研究现状

1.6 本文主要研究内容及整体思路

第二章 7A52 铝合金双丝MIG 焊温度场和应力场有限元分析

2.1 焊接应力场有限元计算的基本方法和步骤

2.1.1 热应力分析的基本方法

2.1.2 热应力分析的基本步骤

2.2 7A52 铝合金双丝MIG 焊温度场有限元分析

2.2.1 焊接试样

2.2.2 建立有限元热模型

2.2.3 焊接温度场的数学模型

2.2.4 求解时间域的划分和时间步长的设置

2.3 7A52 铝合金双丝MIG 焊温度场计算结果与分析

2.3.1 瞬态温度场分布云图

2.3.2 温度分布曲线和热循环曲线

2.4 7A52 铝合金双丝MIG 焊应力场有限元分析

2.4.1 建立有限元结构模型

2.4.2 计算过程

2.5 7A52 铝合金双丝MIG 焊应力场计算结果与分析

2.6 小结

第三章 焊接接头固溶-人工时效处理应力场有限元分析

3.1 试验工艺条件

3.2 有限元计算过程

3.3 有限元计算结果与分析

3.3.1 残余应力分析

3.3.2 计算结果和实测值比较

3.4 小结

第四章 焊接接头表面纳米化应力场有限元分析

4.1 表面纳米化工艺

4.2 施加载荷的计算

4.3 有限元计算过程

4.4 有限元计算结果与分析

4.5 小结

第五章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文

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