基于數值仿真的地鐵鋁合金地板FSW焊接工藝研究
發(fā)布時間：2021-07-21 09:59
攪拌摩擦焊作為新興的焊接工藝,因其環(huán)保與焊后變形量較小等優(yōu)勢,在現(xiàn)代軌道交通制造中得到廣泛應用。鋁合金地板是地鐵構件中對平整度要求較高的大型結構,在傳統(tǒng)生產中常采用MIG焊進行生產制造。但因MIG焊存在著生產效率較低,且焊后變形量較大等問題,近年來逐漸采用攪拌摩擦焊進行鋁合金地板生產制造。雖然攪拌摩擦焊在變形控制上與傳統(tǒng)弧焊相比有著一定優(yōu)勢,但在焊接過程中仍存在著局部不均勻加熱過程,并帶來焊后變形問題,如何進一步優(yōu)化工藝,來更有效地控制焊接變形成為生產中的重中之重。本文基于數值仿真方法,研究了地鐵鋁合金地板攪拌摩擦焊焊接變形規(guī)律,以及面向變形控制的焊接工藝優(yōu)化方案,為某型號地板攪拌摩擦焊焊接變形控制提供了理論與技術支持。首先,分別建立了 6005A-T6鋁合金地鐵地板攪拌摩擦焊的局部與整體有限元模型。在建立的組合熱源數學模型基礎上,采用順序熱力耦合方法,對典型地板局部結構進行三維熱彈塑性有限元分析,提取結果并計算收縮應變;然后利用收縮應變法對地鐵整體鋁合金模型進行彈塑性計算,得到地鐵地板結構的焊接變形結果。之后將數值仿真與實際測量結果進行了分析對比,結果表明:模擬計算得到的焊接變形趨勢...
【文章來源】：大連交通大學遼寧省
【文章頁數】：87 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．１?ＦＳＷ技術示意圖［４］??Ｆｉｇ．?１．１?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＦＳＷ?ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ??
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第一章緒論??ＴＬＭＰＭＡＶＯ?＾?－７１■丨??ＩｆＬ＿Ｆ??圖１．４溫度及金相組織檢驗??Ｆｉｇ．?１．４?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｎｉｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａｌ?ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ??ｒｉ－：ｉ?ｙ?ＶＡＶ（ｉ?１１?１?－?—????７５％）??ｆｆｌ：？?????■：?〇．〇°?…．一??圖１．５?ＦＳＷ隧道缺陷及金相示意圖??Ｆｉｇ．?１．５?Ｖｏｉｄ?ｆｏｍｉａｔｉｏｎ?ａｔ?ｔｈｅ?ｂｏｔｔｏｍ?ｂｅｈｉｎｄ?ｔｈｅ?ｔｏｏｌ?ａｎｄ?ｎｉｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａｌ?ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ．??■■?ｒ；?．＊■?＼：?－?－?－ｖｊｙ＂－?．．．．．．??．Ｋｆ熱繁�。海海颍颍海海颍颍�?：：??，—？一、一??－ｋ??丨?、…會??氣：，＇?ＵｊｉＶ?心??圖１．６速度場矢量圖??Ｆｉｇ．?１．６?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｖｅｃｔｏｒｓ?ｏｆ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ??１．２．２．３攪拌摩擦焊應力變形研究進展??在傳統(tǒng)熔焊過程中，由于材料局部受不均勻的加熱過程和工裝夾具對其的約束作用，??焊縫及周圍區(qū)域會產生復雜的熱應力和機械應力，而攪拌摩擦焊也會存在此類問題。一??般認為，ＦＳＷ焊接殘余應力是材料在摩擦攪拌、溫度變化、材料固態(tài)過程中產生的。與??傳統(tǒng)焊接工藝中用于固定零件的夾具相比，ＦＳＷ采用的剛性夾具對焊接板的約束要高??得多。這些約束在縱向和橫向上都阻礙了熔核與熱影響區(qū)在冷卻過程中的收縮，從而產??生縱向和橫向應力。殘余應力的存在對焊縫后的力學性能，特別是對工件的疲勞性能有??很大的影響。因此，研宄ＦＳＷ焊縫的殘余
【參考文獻】：
期刊論文
[1]構架環(huán)形多道焊變形仿真與焊序選優(yōu)[J]. 傅利斌,楊鑫華,任瑞銘. 焊接學報. 2012(03)
[2]攪拌摩擦焊接的熱力耦合分析模型[J]. 鄢東洋,史清宇,吳愛萍,JUER GEN Silvanus,張增磊. 機械工程學報. 2010(16)
[3]Numerical simulation of the welding deformation for the side sill of the bogie frame based on local-global method[J]. 楊鑫華,王春生,常力,李婭娜,兆文忠. China Welding. 2007(04)
[4]鋁合金車體制造關鍵技術研究[J]. 王炎金,丁國華. 焊接. 2007(07)
[5]摩擦攪拌焊接工藝在鐵道車輛上的應用(二)[J]. 高井英夫,彭惠民. 國外機車車輛工藝. 2006(01)
[6]摩擦攪拌焊接工藝在鐵道車輛上的應用(一)[J]. 高井英夫,張耀宏. 國外機車車輛工藝. 2005(03)
[7]鋁合金車體制造技術在中國的發(fā)展現(xiàn)狀和展望[J]. 王炎金,丁國華,王俊玖. 焊接. 2004(10)
[8]三維瞬態(tài)焊接溫度場的有限元模擬[J]. 汪建華,戚新海,鐘小敏. 上海交通大學學報. 1996(03)
博士論文
[1]6005A-T6鋁合金攪拌摩擦焊接頭的組織與性能研究[D]. 董鵬.吉林大學 2014
碩士論文
[1]鋁合金攪拌摩擦焊熱—力學過程仿真與應用[D]. 李程錦.大連交通大學 2017
[2]城軌鋁合金車體側墻攪拌摩擦焊技術研究[D]. 李紅.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[3]攪拌摩擦焊溫度場數值模擬研究[D]. 陳婷.東北大學 2012
[4]塑性力學變分原理及其應用[D]. 王丁偉.哈爾濱工程大學 2007
本文編號：3294811
【文章來源】：大連交通大學遼寧省
【文章頁數】：87 頁
【學位級別】：碩士
【部分圖文】：
圖１．１?ＦＳＷ技術示意圖［４］??Ｆｉｇ．?１．１?Ａ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＦＳＷ?ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ??
??大連交通大學工學碩士學位論文???Ｏ?……????廣一．心—?Ｌｏｗ?ｎ，ｓｂ??ｗ〈?／＾??Ｈｉ〇ｈ?ｎ＾ｓｉｉ??Ｋ?，；＼?Ｊ?，Ｒｉｂｈ‘’＂＇１，、ｈ，??Ｅｈ?二．＾‘．．．．?ｕｉｉ??圖１．２根部未熔合?圖１．３飛邊缺陷??Ｆｉｇ．?１．２?Ｒｏｏｔ?ｎｏｔ?ｆｕｓｅｄ?Ｆｉｇ．?１．３?Ｆｌａｓｈ?ｄｅｆｅｃｔ??Ｗｉｌｌｉａｍ?Ｊ．?Ａｒｂｅｇａｓｔ［３４］等人建立了基于耦合歐拉拉格朗日方法的攪拌摩擦焊三維耦??合熱機械有限元模型。通過將預估的焊接溫度、焊縫區(qū)域形狀和缺陷尺寸與實驗數據的??比較，驗證了該模型的有效性。結果表明，模擬焊接溫度與實測數據有較高的吻合度。??該模型還可以較準確地預測焊縫的塑性區(qū)形狀與焊縫中存在的空洞狀缺陷，但高估了缺??陷的尺寸大校該模型還針對焊接工藝參數與刀具形狀對ＦＳＷ的影響展開研宄，結果??表明，當焊接速度較低或者攪拌頭轉速較高時，有利于控制焊接產生的空洞狀缺陷。此??夕卜，與光滑的攪拌針相比，具有螺紋的攪拌針可以提高材料塑性流動能力，實現(xiàn)無缺陷??焊接。??Ｍ．?Ｈｏｓｓｆｅｌｄ＿采用耦合歐拉－拉格朗日（ＣＥＬ）方法對整個ＦＳＷ過程進行建模。利用??有限元軟件ＡＢＡＱＵＳ?Ｖ６．１２版本中給出的ＣＥＬ公式，建立了耦合熱力三維有限元模型。??驗證了溫度嘗焊縫形成和缺陷形成可能性的計算結果。其建立的有限元模型的主要優(yōu)??點是具有較大的變形能力、材料流動能力，并可以體現(xiàn)毛刺孔隙形成過程以及自由表面??跟蹤的能力。同時也指出在使用庫侖定律時，因為庫侖定律假設摩擦力與法向力嚴格成??正比，與實際接觸面積無關，也與法向力的大小無
第一章緒論??ＴＬＭＰＭＡＶＯ?＾?－７１■丨??ＩｆＬ＿Ｆ??圖１．４溫度及金相組織檢驗??Ｆｉｇ．?１．４?ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｎｉｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａｌ?ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ??ｒｉ－：ｉ?ｙ?ＶＡＶ（ｉ?１１?１?－?—????７５％）??ｆｆｌ：？?????■：?〇．〇°?…．一??圖１．５?ＦＳＷ隧道缺陷及金相示意圖??Ｆｉｇ．?１．５?Ｖｏｉｄ?ｆｏｍｉａｔｉｏｎ?ａｔ?ｔｈｅ?ｂｏｔｔｏｍ?ｂｅｈｉｎｄ?ｔｈｅ?ｔｏｏｌ?ａｎｄ?ｎｉｅｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａｌ?ｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ．??■■?ｒ；?．＊■?＼：?－?－?－ｖｊｙ＂－?．．．．．．??．Ｋｆ熱繁�。海海颍颍海海颍颍�?：：??，—？一、一??－ｋ??丨?、…會??氣：，＇?ＵｊｉＶ?心??圖１．６速度場矢量圖??Ｆｉｇ．?１．６?ｖｅｌｏｃｉｔｙ?ｖｅｃｔｏｒｓ?ｏｆ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ??１．２．２．３攪拌摩擦焊應力變形研究進展??在傳統(tǒng)熔焊過程中，由于材料局部受不均勻的加熱過程和工裝夾具對其的約束作用，??焊縫及周圍區(qū)域會產生復雜的熱應力和機械應力，而攪拌摩擦焊也會存在此類問題。一??般認為，ＦＳＷ焊接殘余應力是材料在摩擦攪拌、溫度變化、材料固態(tài)過程中產生的。與??傳統(tǒng)焊接工藝中用于固定零件的夾具相比，ＦＳＷ采用的剛性夾具對焊接板的約束要高??得多。這些約束在縱向和橫向上都阻礙了熔核與熱影響區(qū)在冷卻過程中的收縮，從而產??生縱向和橫向應力。殘余應力的存在對焊縫后的力學性能，特別是對工件的疲勞性能有??很大的影響。因此，研宄ＦＳＷ焊縫的殘余
【參考文獻】：
期刊論文
[1]構架環(huán)形多道焊變形仿真與焊序選優(yōu)[J]. 傅利斌,楊鑫華,任瑞銘. 焊接學報. 2012(03)
[2]攪拌摩擦焊接的熱力耦合分析模型[J]. 鄢東洋,史清宇,吳愛萍,JUER GEN Silvanus,張增磊. 機械工程學報. 2010(16)
[3]Numerical simulation of the welding deformation for the side sill of the bogie frame based on local-global method[J]. 楊鑫華,王春生,常力,李婭娜,兆文忠. China Welding. 2007(04)
[4]鋁合金車體制造關鍵技術研究[J]. 王炎金,丁國華. 焊接. 2007(07)
[5]摩擦攪拌焊接工藝在鐵道車輛上的應用(二)[J]. 高井英夫,彭惠民. 國外機車車輛工藝. 2006(01)
[6]摩擦攪拌焊接工藝在鐵道車輛上的應用(一)[J]. 高井英夫,張耀宏. 國外機車車輛工藝. 2005(03)
[7]鋁合金車體制造技術在中國的發(fā)展現(xiàn)狀和展望[J]. 王炎金,丁國華,王俊玖. 焊接. 2004(10)
[8]三維瞬態(tài)焊接溫度場的有限元模擬[J]. 汪建華,戚新海,鐘小敏. 上海交通大學學報. 1996(03)
博士論文
[1]6005A-T6鋁合金攪拌摩擦焊接頭的組織與性能研究[D]. 董鵬.吉林大學 2014
碩士論文
[1]鋁合金攪拌摩擦焊熱—力學過程仿真與應用[D]. 李程錦.大連交通大學 2017
[2]城軌鋁合金車體側墻攪拌摩擦焊技術研究[D]. 李紅.哈爾濱工業(yè)大學 2014
[3]攪拌摩擦焊溫度場數值模擬研究[D]. 陳婷.東北大學 2012
[4]塑性力學變分原理及其應用[D]. 王丁偉.哈爾濱工程大學 2007
本文編號：3294811
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