AZ31镁合金逆变点焊熔核形成过程数值模拟

摘要

随着汽车制造业的快速发展，节能减排己成为汽车工业中的一个重要课题，因此镁合金在汽车制造业中有着广阔的应用前景。电阻点焊是汽车制造过程中最常用的焊接方法之一，因此对镁合金逆变点焊的熔核形成过程进行数值模拟，将有益于制定合理的点焊工艺参数、提高点焊质量，同时也对推动镁合金在汽车工业中的广泛应用具有重要意义。
　　 本文根据弹塑性理论和接触理论，针对点焊接头的几何特点和点焊过程的加热特点建立了分析镁合金逆变点焊预压接触阶段应力场的轴对称有限元模型，模拟了预压阶段的接触行为，确定了接触面上的初始导电区域，并给出了接触面上接触压力的分布状态，同时也分析了各种因素对接触压力的影响。测试了镁合金逆变点焊过程中的接触电阻，并分析了接触压力以及工件表面状态对接触电阻的影响。在预压接触分析的基础上，建立了描述镁合金逆变点焊熔核形成过程力、热、电耦合行为的轴对称有限元模型。在模型中考虑了材料性能随温度变化的情况，也考虑了接触电阻、相变潜热以及冷却水散热和表面空气散热等因素的作用，分析了镁合金逆变点焊过程中接触区域的变化以及接触面上接触压力、电流密度、温度等因素的分布，并在此基础上分析了熔核尺寸的变化过程。在与数值模拟相同的试验条件下对A231镁合金进行了逆变点焊试验，测量了点焊熔核的偏移量，并将测量结果与数值模拟的结果进行了对比。
　　 结果表明：在本数值模拟条件下，电极与工件间接触面半径等于电极端面半径，工件间接触面半径接近6.0mm；接触电阻随电极压力的增大而减小；点焊过程中接触压力、温度和电流密度都是动态变化的，接触压力较大的位置其电流密度较大，温度也较高，预压接触压力的峰值点为熔核的初始形成位置；逆变点焊机输出电流为直流，温度场表现为不断扩张的特点；熔核沿径向扩展的速度大于其沿轴向扩展的速度，并且在初始熔核刚形成时，其径向尺寸就已经接近实际熔核的尺寸；当焊接电流大于19KA时，试验测得的熔核偏移量与数值模拟结果基本一致。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 镁合金电阻点焊研究现状

1.2 电阻点焊过程数值模拟的研究现状

1.3 研究内容与目的

第二章 预压接触应力场数值模拟

2.1 有限元方法中的接触理论

2.2 有限元方法对接触问题的分析

2.3 预压接触分析有限元模型的建立

2.3.1 建模的假设条件

2.3.2 有限元模型的建立

2.4 预压接触应力场数值模拟结果

2.5 镁合金逆变点焊预压接触行为的影响因素及规律

2.6 本章小结

第三章 接触电阻的测量与分析

3.1 试验设备与材料

3.2 接触电阻的测量方法

3.3 测量结果与分析

3.4 本章小结

第四章 点焊熔核形成过程数值模拟

4.1 镁合金逆变点焊过程简述

4.2 建立镁合金逆变点焊过程的有限元模型

4.2.1 点焊热源简介

4.2.2 点焊过程的基本方程

4.2.3 点焊问题的简化与假设

4.2.4 数值模拟几何模型的建立、网格划分以及边界条件的设定

4.3 数值模拟过程中参数的处理

4.3.1 对接触电阻的处理

4.3.2 对相变潜热问题的处理

4.3.3 对材料性能参数的处理

4.4 熔核形成过程的数值模拟

4.5 本章小结

第五章 熔核形成过程数值模拟结果分析及试验研究

5.1 熔核形成过程数值模拟结果的分析

5.1.1 力学分析

5.1.2 温度场分析

5.1.3 接触面上电流密度的分布

5.2 数值模拟结果的试验研究

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

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