初期變形和拘束條件對薄板焊接接頭及結(jié)構(gòu)焊接變形影響的研究.pdf

1、隨著化石能源的日益枯竭，以及生存環(huán)境的不斷惡化，交通運(yùn)輸工具對減少能耗、降低污染的需求越來越高。輕量化制造作為實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的一種有效的途徑已經(jīng)成為一種必然趨勢。焊接技術(shù)作為汽車制造等行業(yè)輕量化制造關(guān)鍵的加工過程，其中熔焊是應(yīng)用最廣泛的一類金屬焊接方法。焊接材料在熔焊熱作用下產(chǎn)生瞬時(shí)熱應(yīng)變的不協(xié)調(diào)，最終引起了焊接變形，并且由于薄板以及薄板結(jié)構(gòu)由于自身剛度較低，焊接變形成為薄板和薄板結(jié)構(gòu)生產(chǎn)過程中尤為嚴(yán)重的問題。焊接構(gòu)件的焊接變形可通過施加

2、初期反變形及外部拘束等手段加以控制，因此研究初期變形和外部拘束作用對焊接變形影響有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　本研究以ABAQUS有限元軟件為平臺，使用同時(shí)考慮材料非線性和幾何非線性的熱-彈-塑性有限元方法來模擬自由狀態(tài)下低碳鋼薄板接頭焊接溫度場及焊接變形，在此基礎(chǔ)上開發(fā)了同時(shí)考慮材料非線性、幾何非線性和邊界非線性的熱-彈-塑性有限元方法來模擬拘束狀態(tài)下薄板焊接溫度場與焊接變形。同時(shí)進(jìn)行焊接實(shí)驗(yàn)，并測量了焊接變形。將計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3、對比，充分驗(yàn)證本文中兩種熱-彈-塑性有限元計(jì)算方法的有效性。通過實(shí)驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的研究方法，論文不僅澄清了初期變形與外部拘束對薄板焊接接頭焊接過程中產(chǎn)生的焊接變形（和殘余應(yīng)力）的影響，而且也探究了初期變形和外部拘束條件對復(fù)雜薄板結(jié)構(gòu)焊接變形的影響。研究結(jié)果能為指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐提供較高價(jià)值的參考。結(jié)果表明：初期變形通過改變焊縫與焊接接頭中性面的相對位置影響焊接面外變形。焊接線能量大時(shí)，焊接初期變形只能改變焊接面外變形的變形形態(tài)而對變形量影

4、響較??；焊接線能量小時(shí)，焊接初期變形同時(shí)對焊接面外變形的變形形態(tài)和變形量造成較大影響；拘束作用下薄板焊接，之后釋放拘束作用。焊接試板發(fā)生失穩(wěn)變形時(shí)，外部拘束對減少焊接面外變形沒有明顯效果；焊接試板不發(fā)生失穩(wěn)變形時(shí)，外部拘束條件對焊接面外變形起到一定控制作用，且控制作用隨夾具間距的減小而增強(qiáng)；利用數(shù)值模擬方法能準(zhǔn)確預(yù)測T形薄板結(jié)構(gòu)焊接面外變形。由于 T型薄板結(jié)構(gòu)焊接失穩(wěn)變形過大，焊接變形對初期變形的存在不敏感；利用的熱-彈-塑性有限元方法