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摘要:本文研究铝合金薄板焊后应力模拟问题,并根据模拟结果设计合理的焊接工装来达到减小焊件变形的目的,该研究对铝合金薄板焊件的质量控制有着极为重要的意义。 本文首先应用有限元分析软件,对铝合金薄板TIG焊对接过程的应力分布进行了有限元数值模拟。模拟结果表明:在焊缝及其附近区域纵向残余应力为拉应力,在远离焊缝区表现为压应力。在焊缝中心处,残余拉应力的峰值约为。焊接残余应力模拟结果与实际结果基本吻合。 根据薄板焊后变形的机理,铝合金薄板焊后残余应力的分布特征及铝合金TIG焊时常出现的缺陷,本文设计了双向预置应力的焊接工装,焊前对焊件预先施加纵向拉伸应力,通过提高焊缝在塑性状态下的延展来减小冷却时的纵向收缩变形;焊前对焊件预先施加横向挤压应力来达到减小热裂纹倾向的目的。此外,在工装设计时特别留出一个小气室来增强气体保护效果。
关键词 焊接变形 ;有限元 ;焊接应力 ;双向预置应力 ;工装设计
目录 摘要 Abstract 1 绪论-1 1.1 研究的目的和意义-1 1.2 国内外研究现状-1 1.2.1 铝合金焊接方法-1 1.2.2 薄板结构的焊接残余应力和变形-3 1.2.3 焊接应力和变形的有限元数值模拟-3 1.2.4 控制焊接应力和焊接变形的方法-4 1.3 本文主要研究内容-4 2 铝合金薄板的焊接工艺选定及变形机理分析-6 2.1 焊接工艺的选定-6 2.1.1 铝及铝合金焊接性分析-6 2.1.2 焊接方法及工艺-7 2.2 薄板变形机理分析-8 2.2.1 纵向收缩力模型-8 2.2.2 薄板构件焊后的挠度-10 2.3 本章小结-10 3 焊接残余应力的有限元数值模拟-11 3.1 有限元数值分析的简介-11 3.2 铝合金薄板焊接过程有限元数值模拟-12 3.2.1 划分网格-12 3.2.2 材料特性-13 3.2.3 焊接热量的输入参数-13 3.3 铝合金薄板焊接温度场模拟结果分析-14 3.4 铝合金薄板焊接应力场模拟结果分析-15 3.5 本章小结-16 4 焊接残余应力与变形的控制工装设计-17 4.1 焊接应力与变形调整及控制方式-17 4.2 双向预置应力调控装置的设计-18 4.2.1 纵向预拉伸法的原理和缺点分析-18 4.2.2 双向预置应力装置的设计思路与原则-18 4.3 双向预置应力法焊接工装夹具的设计-19 4.3.1 纵向拉伸应力夹具设计-19 4.3.2 横向挤压应力夹具设计-20 4.3.3 焊接夹具设计-20 4.3.4 焊接工装的总装图-21 4.4 本章小结-22 结论-23 致谢-24 参考文献-25 |