鈦合金薄板焊接結(jié)構(gòu)在新型飛行器制造中得到了日益廣泛的應(yīng)用,這是提高產(chǎn)品戰(zhàn)術(shù)和技術(shù)性能、減輕自身重量和增加承載能力的主要途徑。但是鈦合金焊接應(yīng)力和變形問題十分突出,使其應(yīng)用范圍受到了一定限制。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,有限元軟件不斷應(yīng)用于焊接模擬領(lǐng)域,為各種工程問題的求解提供了強(qiáng)大的支持,并節(jié)省了大量的實(shí)驗(yàn)費(fèi)用。利用有限元軟件對鈦合金薄板焊接過程的溫度場與應(yīng)力應(yīng)變場進(jìn)行模擬計算,并加入適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)驗(yàn)證,對于研究鈦合金焊接應(yīng)力及變形規(guī)律,優(yōu)化控制工藝參數(shù)和提高焊接質(zhì)量都具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文在這一背景下,建立了TA15鈦合金TIG平板表面堆焊、T型接頭與某型飛機(jī)壁板填絲焊的三維有限元模型,對焊接過程進(jìn)行模擬分析。 對于平板結(jié)構(gòu),研究了熱源及其附近區(qū)域應(yīng)力分布規(guī)律,熱源作用的前方和焊縫熱影響區(qū)受壓應(yīng)力作用,熱源區(qū)域處于零力學(xué)狀態(tài),熱源作用的后方和遠(yuǎn)離焊縫的區(qū)域受拉應(yīng)力作用,在焊縫的熱影響區(qū)內(nèi)出現(xiàn)了殘余應(yīng)力峰值。 對于T型接頭,研究了焊縫中部橫截面上各節(jié)點(diǎn)焊接過程應(yīng)力應(yīng)變變化趨勢,隨著熱源的臨近,焊縫金屬逐漸進(jìn)入塑性變形狀態(tài),熔池內(nèi)金屬有負(fù)的塑性應(yīng)變產(chǎn)生,當(dāng)熱源經(jīng)過后塑性變形區(qū)域有所擴(kuò)大,塑性應(yīng)變增加。焊接結(jié)束后,焊縫區(qū)域的縱向殘余應(yīng)力要明顯高于橫向殘余應(yīng)力,縱向殘余應(yīng)力峰值達(dá)到555MPa,低于鈦合金室溫時的屈服極限。利用切條法測量平板結(jié)構(gòu)與T型接頭焊縫中部橫截面上的縱向殘余應(yīng)力,測量結(jié)果與模擬結(jié)果相比均偏小,這與所采用的試驗(yàn)方法及有限元模擬過程中的模型簡化有關(guān)。 基于T型接頭焊接過程的模擬方法,對某型飛機(jī)TA15鈦合金壁板TIG焊過程的溫度場及應(yīng)力應(yīng)變場進(jìn)行模擬,根據(jù)企業(yè)的實(shí)際焊接情況,研究了不同焊接順序條件下焊后殘余應(yīng)力分布及變形特點(diǎn),為優(yōu)化焊接工藝提供理論指導(dǎo),結(jié)果表明采用首尾焊接方法得到的焊縫縱向殘余應(yīng)力峰值較低,采用此種焊接順序加工實(shí)際構(gòu)件,可以為后續(xù)工藝的順利實(shí)施提供方便。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TG404
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 本課題研究意義9-10
• 1.2 焊接數(shù)值模擬概述10
• 1.3 國內(nèi)外焊接熱傳導(dǎo)數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀10-12
• 1.4 國內(nèi)外焊接應(yīng)力與變形數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀12-13
• 1.5 TA15 鈦合金應(yīng)用13-14
• 1.6 本課題主要研究內(nèi)容14-15
• 第2章 平板結(jié)構(gòu)與T型接頭TIG焊溫度場數(shù)值模擬15-34
• 2.1 焊接溫度場數(shù)值模擬基本理論15-16
• 2.2 幾何模型建立16-17
• 2.2.1 平板結(jié)構(gòu)幾何模型建立16
• 2.2.2 T型接頭幾何模型建立16-17
• 2.3 有限元網(wǎng)格模型17-18
• 2.4 焊接熱源模型處理18-21
• 2.5 初始條件與邊界條件21-24
• 2.5.1 初始條件22
• 2.5.2 邊界條件22-24
• 2.6 相變潛熱處理24-25
• 2.7 材料參數(shù)處理25-26
• 2.8 溫度場模擬結(jié)果及分析26-30
• 2.8.1 平板結(jié)構(gòu)溫度場數(shù)值模擬結(jié)果26-28
• 2.8.2 T型接頭溫度場數(shù)值模擬結(jié)果28-30
• 2.9 焊接過程熱循環(huán)曲線試驗(yàn)驗(yàn)證30-33
• 2.9.1 熱循環(huán)曲線測試方法30-31
• 2.9.2 模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果比較分析31-33
• 2.10 本章小結(jié)33-34
• 第3章 平板結(jié)構(gòu)與T型接頭TIG焊應(yīng)力應(yīng)變場數(shù)值模擬34-52
• 3.1 焊接應(yīng)力場數(shù)值模擬基本理論及分析方法34-37
• 3.1.1 熱彈塑性分析的特點(diǎn)和假定34-35
• 3.1.2 熱彈塑性理論35-37
• 3.1.3 耦合問題37
• 3.2 應(yīng)力應(yīng)變場數(shù)學(xué)模型的建立37-40
• 3.2.1 材料力學(xué)性能參數(shù)的設(shè)置38-39
• 3.2.2 初始條件與邊界條件39-40
• 3.3 應(yīng)力應(yīng)變場模擬計算及結(jié)果分析40-48
• 3.3.1 平板結(jié)構(gòu)應(yīng)力應(yīng)變場模擬結(jié)果40-42
• 3.3.2 T型接頭應(yīng)力應(yīng)變場模擬結(jié)果42-48
• 3.4 焊接殘余應(yīng)力試驗(yàn)驗(yàn)證48-50
• 3.5 本章小結(jié)50-52
• 第4章 TA15 鈦合金實(shí)際構(gòu)件TIG焊溫度場與應(yīng)力應(yīng)變場模擬52-63
• 4.1 實(shí)際構(gòu)件有限元模型52-53
• 4.2 實(shí)際構(gòu)件溫度場模擬分析53-57
• 4.3 實(shí)際構(gòu)件應(yīng)力應(yīng)變場模擬分析57-62
• 4.4 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文68-70
• 致謝70

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