TIG對(duì)接焊熱力耦合數(shù)值模擬及其應(yīng)用研究.pdf

1、本文就焊接過(guò)程熱力耦合數(shù)值模擬及其應(yīng)用問(wèn)題，進(jìn)行了以下幾方面的研究：以無(wú)坡口對(duì)接鎢極氬弧焊作為焊接工藝條件，通過(guò)試驗(yàn)確定熱源模型；利用焊件上、下表面的溫度場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果來(lái)驗(yàn)證模擬計(jì)算的準(zhǔn)確性；分析焊接工藝參數(shù)對(duì)焊接溫度場(chǎng)的影響；應(yīng)用彈塑性力學(xué)理論及有限元方法進(jìn)行焊接應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)的數(shù)值模擬；建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)值模擬的焊縫偏差模型并應(yīng)用于焊縫跟蹤。 基于對(duì)各種數(shù)值計(jì)算方法和焊接熱源模型的分析，針對(duì)實(shí)際焊接工藝中的焊縫間隙和焊炬

2、偏離焊縫中心問(wèn)題更為普遍存在的事實(shí)，建立了應(yīng)用雙橢圓形熱源模型的三維有限元數(shù)值分析模型。主要以焊接電流、焊接速度、焊縫間隙以及焊炬偏離焊縫中心的偏心距四個(gè)焊接工藝參數(shù)作為考察變量，選擇低碳鋼作為試驗(yàn)材料，利用紅外測(cè)溫儀測(cè)量焊件正面多個(gè)測(cè)點(diǎn)的熱循環(huán)曲線，以此來(lái)修正雙橢圓分布熱源模型參數(shù)，將有限元解同實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比較，兩者基本吻合，表明了該分析模型的有效性。 在數(shù)值計(jì)算中，考慮了材料熱物性、彈性模量和屈服應(yīng)力等物理和力學(xué)性能依賴于

3、溫度變化的非線性問(wèn)題，同時(shí)提出了熔化潛熱問(wèn)題的處理方法。 在試驗(yàn)研究中，為了減少試驗(yàn)次數(shù)，采用了正交設(shè)計(jì)方案。以測(cè)量點(diǎn)熱循環(huán)中的峰值溫度為代表，并結(jié)合正交試驗(yàn)理論，分析了上述四個(gè)工藝參數(shù)對(duì)于溫度場(chǎng)的影響次序，結(jié)果表明焊炬偏心距對(duì)焊接溫度場(chǎng)的影響很大，而這一點(diǎn)，是以往的溫度場(chǎng)數(shù)值研究中所忽視的，需要引起注意。 以三維溫度場(chǎng)有限元數(shù)值解為基礎(chǔ)，應(yīng)用熱彈塑性有限元方法，得到了不同時(shí)刻熱應(yīng)力場(chǎng)的演化歷史和位移場(chǎng)的分布，分析了焊接

4、電流、焊接速度和焊炬偏心距等工藝參數(shù)對(duì)應(yīng)力場(chǎng)和位移場(chǎng)的影響，為焊接殘余應(yīng)力和變形的進(jìn)一步研究打下了良好的基礎(chǔ)。 焊接溫度場(chǎng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)為實(shí)現(xiàn)焊接過(guò)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和進(jìn)一步的焊接質(zhì)量控制提供了基礎(chǔ)。為了保證焊接質(zhì)量，動(dòng)態(tài)跟蹤焊炬的位置是相當(dāng)重要的。利用背面溫度場(chǎng)滯后信息，通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立了焊炬偏心距與多組工藝參數(shù)之間的智能模型，探討了用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來(lái)表征輸入輸出量間定量關(guān)系的方法和效果。試驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果表明了背面等溫線寬度