Fe-Mn-Si记忆合金激光焊接数值模拟

利用有限元方法,对Fe-Mn-Si记忆合金平板激光对接焊的温度场和应力场进行三维数值模拟。根据激光焊接特点,建立表面高斯热源和锥形体热源结合的复合热源模型,并编制APDL子程序实现焊接热源的加载和移动。结合材料非线性、相变潜热、边界换热条件等因素,通过模拟计算得到焊接过程中瞬态温度场分布和熔池尺寸,并分析整体温度场分布、焊接热循环特性。焊缝熔合线和尺寸的模拟结果与实际结果吻合良好,验证了模型的正确性。在温度场计算结果基础上,利用间接耦合法,对Fe-Mn-Si记忆合金激光焊的动态应力场和残余应力进行模拟计算,得到焊后最大残余应力为247 MPa,接近其屈服强度。     

深熔激光焊接熔池温度场的数值模拟

利用旋转GAUSS曲面体新型热源模型,忽略深熔激光焊时小孔对传热的影响,建立了移动激光热源作用下的三维数学模型。利用PHOENICS3.4软件,模拟了SUS304不锈钢深熔激光焊接热过程的温度场和熔池熔合线形状,得到了不同焊接速度下的温度场分布云图和＂钉头＂状的熔池形状,试验表明数值模拟结果与试验结果基本吻合。     

移动热载荷在焊接温度场数值模拟中的应用

为分析焊接过程中焊件温度场随焊接热源移动变化情况,采用ANSYS命令流编制参数化程序,动态填充热流密度表,实现移动热载荷的加载;针对薄板堆焊,选用高斯热源模型,进行了焊接温度场数值模拟.数值模拟结果表明,所采用命令流动态加载热载荷的方法,能够较好地模拟实际焊接过程中的热源移动情况;针对其他的焊缝形状和焊接方法,可通过更改命令流程序参数的设置,获得适合的移动热源移动轨迹和热源模型的数学描述,实现焊接温度场的数值模拟.     

7075-T6铝合金薄板激光对接焊温度场与残余应力分布

为了研究铝合金薄板激光对接焊温度场与残余应力分布,推导了考虑焊接深度的热流密度分布的修正函数.利用生死单元技术,运用ABAQUS软件、FORTRAN和PYTHON语言编写的子程序,建立了7075-T6铝合金薄板激光对接焊的有限元模型,获得了在不同时间点的对接焊温度场和残余应力分布,采用梯度网络提高了有限元模型的运算速度和计算精度.研究结果表明:建立的有限元模型能够快速、有效模拟铝合金薄板激光对接焊温度场和残余应力分布;残余应力存在误差的原因,可能在于激光焊接过程中,热源经过横截面时产生的剪切挠曲所致.试验结果同时也验证了有限元模型的正确性和可行性.     

CLAM钢TIG焊接头温度场和应力场数值模拟

运用ANSYS的热-结构耦合技术,采用APDL参数化语言及生死单元技术,以双椭球热源作为内热源,对CLAM钢TIG焊对接单层焊和单面双层焊的温度场进行了数值模拟.在不考虑焊接温度场对材料相变影响,而仅考虑对残余应力场影响的条件下,以温度场的计算数据为依据进行应力场的计算,并将应力场的模拟结果与试验结果进行比较.分析结果...     

激光植球工艺仿真方法研究

为解决焊接试验周期长、局限大和成本高的问题，采用数值模拟的方法对复杂的焊接试验进行模拟计算来预测焊接目标的可靠性。本文利用ANSYS有限元分析软件以Φ500μm的Sn63Pb37焊球为研究对象，建立旋转高斯体热源模型，进行热瞬态分析和剪切强度分析，研究激光焊接温度场和焊接后焊球剪切强度。将焊球剪切强度的仿真结果与焊球剪切试验的测试结果进行对比，发现两者之间的误差小于10%，验证了本文提出的激光植球工艺仿真模型的正确性。本文所建立的工艺仿真模型可以用于不同焊接工艺参数条件下Sn63Pb37焊球剪切强度的预测。     

CO2气体保护焊温度场的数值模拟

为了研究强制对流对气体保护焊温度场的影响，通过红外热像仪检测了CO2气体保护焊的温度场，发现在熔池及其邻近区域温度呈圆锥型分布．在此实验结果的基础上，确定了2．0mm的高斯热源热流分布参数．在详细分析多种对流边界条件下，通过ANSYS对有强制对流效果的气体保护焊温度场进行了数值模拟．确定了适用于有强制对流效果的气体保护焊的对流边界条件计算公式．对焊接温度场的峰值温度和t8/5等参数的实验结果与模拟结果对比分析表明，强制对流边界条件是气体保护焊温度场尤其是近缝区温度分布数值模拟的关键因素之一．     

6061-T6铝合金薄板双脉冲MIG焊动态组合热源模型

为准确得出铝合金薄板双脉冲熔化极惰性气体保护焊（双脉冲MIG焊）焊接温度场分布特征,提出一种基于铝合金薄板全熔透焊接热量分布及焊缝成形特点的动态组合热源模型,通过编写子程序,对有限元软件进行二次开发,实现动态组合热源模型在空间上的分布加载,得出仿真过程焊缝形貌及温度场分布特征. 对2 mm厚6061-T6铝合金薄板进行双脉冲MIG焊对接焊接实验,得出焊缝形貌特征并记录测温点温度数据,绘制测温点的热循环曲线. 对比仿真与实验结果发现,对于铝合金薄板全熔透焊接,利用动态组合热源模型得出的焊缝形貌与实际焊缝形貌拟合较好,温度场仿真误差在允许范围内,最大误差点出现在距焊缝20 mm处,最大误差为12.25%.     

3 mmLY12与10 mmLF2搅拌摩擦焊温度场模拟分析比较

根据搅拌摩擦焊的具体焊接过程,利用ANSYS有限元分析软件,模拟3mmLY12薄板和10mmLF2厚板焊缝区的准稳态温度场.对比分析不同板厚、不同材质的铝合金焊缝区温度分布的不同状况,从而得到焊材本身的物性参数以及焊接参数对温度分布的影响情况,最终确定影响搅拌摩擦焊温度场的主要因素.模拟结果显示,3mmLY12温度场呈碗状,10mmLF2温度场呈花瓶状.通过模拟温度场结果与焊缝区组织的比较,验证了不同的温度场与不同焊缝组织的对应关系.     

SiC/Al双面焊的残余应力分析

运用有限元软件ANSYS对SiC/Al的双面焊过程进行了数值分析.采用高斯圆柱热源模型模拟激光焊源,利用APDL编写循环程序实现热源的移动,得到SiC/Al双面焊过程的温度场分布和冷却后的残余应力场.从平行焊接方向陶瓷侧靠近焊缝处的横向和纵向残余应力分布曲线可见:第一道焊表面(正面)的纵向残余应力在其边缘端均为压应力,并迅速向内转变为拉应力;而第二道焊表面(反面)的纵向残余应力却正好相反,其边缘端均为拉应力,并迅速向内转变为压应力.而横向残余应力均为压应力,最大值分布在两侧.在焊缝两侧,横向与纵向残余应力均发生跳跃变化.     

等离子弧焊接熔池温度场的三维数值模拟

建立了运动等离子弧作用下焊接温度场的三维瞬态数值分析模型，以分析等离子弧焊熔池温度分布情况以及焊接电流、焊接速度等焊接工艺参数对其影响情况．综合考虑了液态金属的对流传热和熔池外部的固体导热、材料热物理性能参数随温度的变化、焊件表面的散热以及熔化／凝固相变潜热等对熔池温度场的影响．采用三维锥体热源对小孔型等离子弧焊接过程进行了流体动力学和传热分析，利用ANSYS有限元软件求解所建立的模型，得到了等离子弧焊接过程中温度场的变化情况．模拟结果表明，随焊接电流的增大和焊接速度的减小，熔池体积增加，熔宽和热影响区都增大．试验结果验证了所建立模型的正确性和数值求解方法的可靠性．     

高频直缝焊管焊接残余应力的三维有限元模拟研究

基于高频直缝焊管焊接热源的计算结果,综合考虑材料的物理属性随温度的高度非线性变化,以及高频加热的焊缝热影响区特有的温度分布规律,利用ANSYS有限元软件建立了高频直缝焊管焊接残余应力的三维有限元模型。获得了高频焊管温度场和残余应力场的分布规律,并对结果进行了分析。通过后处理模块,给出了焊缝部位残余应力的分布趋势,并分析了高频感应焊接残余应力的主要形成原因。发现焊缝附近的轴向残余应力较大,其中有些数值接近材料的屈服强度,而周向残余应力仅为材料屈服应力的1/3左右,径向残余应力数值较小,工程上可以忽略。     

随焊氩气激冷控制铝/钢薄板焊接应力与变形数值模拟

采用有限元分析软件ANSYS,对不同焊接工艺条件下铝/钢异种金属薄板对接熔钎焊接过程进行数值模拟,建立了TIG电弧热源与氩气冷源模型,将常规焊接和随焊氩气激冷焊接的残余应力与变形进行对比分析,研究发现:随焊氩气激冷技术可使焊接纵向残余应力和变形分别降低32.8%和48.1%。为了验证数值模拟结果的准确性,进行了铝/钢异种金属薄板熔钎焊试验,将温度场与应力场的模拟值与试验值进行对比,结果显示两者吻合较好,表明随焊氩气激冷技术可有效控制铝/钢薄板焊接残余应力与变形。     

镀锌钢板点焊过程的有限元模拟

采用ANSYS软件对镀锌钢板点焊过程进行数值模拟．该模拟过程对镀锌层的存在，特别是对接触电阻的影响给予了重视，建立了轴对称2-D模型，采用热、电耦合计算方法，输入不同焊接条件，得到最终的温度场分布图，并算出熔核直径．将得到的有限元模拟结果与实验结果相对照，发现两者较为吻合．该有限元程序可以用于焊点质量预测以及电极磨损下的焊点质量初步预测，作为焊接参数设置及焊接质量判断的辅助依据，其结果可部分替代实际生产中的焊点破坏试验．     

焊剂片约束电弧焊T形接头温度场有限元模拟

为了研究构成I型金属三明治板的基本焊接单元T形接头在焊剂片约束电弧焊(flux bands constrained arc,FBCA)作用下的温度场分布规律,以非线性有限元软件ABAQUS为平台,开发了适用于FBCA焊接T形接头温度场计算的有限元方法.对比了计算结果与测量结果的同时,研究了面板与芯板各自路径上的热量分布情况.结果表明:FBCA焊T形接头面板部位温度场沿焊缝中心呈对称分布,接头热量主要集中作用于面板处.采用复合热源模型计算所得特征点热循环曲线分布规律与实际红外热像仪测量结果重合度较高,计算所得焊缝截面温度分布形貌和热影响区宽度与实际接头形貌相吻合,有效验证了复合热源模型计算FBCA焊接T形接头温度场的准确性.     

超快激光切割金属材料中快速相变的数值模拟

采用二维双温度模型对多脉冲激光照射金薄板的相变传热情况进行研究，通过等效比热容方法确定固液界面的位置并研究了激光参数对传热过程的影响。结果表明，当激光垂直照射金薄板时，表面整体温度不断上升，而在脉冲间隔时间内略有下降，但温度的峰值相比激光作用的中心有延迟。随着激光的移动，激光照射点处的温度会出现一个峰值，之后会回落。激光作用时间内热影响区的横向变化比纵向大，移动光源向内部的热传递占主要作用，脉冲间隔时间内，热影响区的纵向变化比横向大，金薄板内部导热占主要作用。随着激光的照射，熔化状态横向不断增加的同时，熔化的深度也在不断增加。提高入射脉冲激光能量，会导致熔化的时间提前且熔化深度增加。     

组合热源模型下焊剂片约束电弧焊温度场预测

通过反演法将高斯面热源与柱型体热源耦合构建成组合热源,再运用软件ABAQUS对焊剂片约束电弧焊高强钢T形接头在此组合热源作用下形成的温度场进行数值模拟.模拟过程中着重考虑了夹具与工件之间的接触传热.通过将模拟结果与实验结果对比,发现模拟与实验所得焊缝形貌、以及各测试点焊接热循环曲线基本吻合,从而验证了有限元分析中使用该组合热源模型预测焊剂片约束电弧焊温度场的可行性和有效性.对T形接头温度场分布研究发现,模拟的T形接头的面板和芯板在厚度方向温度分布均匀.对热循环曲线的分析中发现,夹具在工件冷却阶段的作用明显,为此对焊接热影响区范围进行数值预测,预测结果与实验结果吻合.