铝合金激光焊接变形测量

摘要： 首先从激光焊接铝合金薄板的激光光谱入手,发现波长为600～650 nm激光的光强几乎不变,选择了合适的窄带宽滤光片,使得CCD相机采集的整个焊接过程图片光强均一,整个过程不受焊接过程中激光光强的影响.然后在最佳的焊接参数下焊接,用2台CCD相机在脉冲信号下同时进行图像采集,通过匹配计算分析得到板件在整个焊接过程中全场三维变形量、形貌和应变,能够实时地再现变形过程,得到任意时刻的三维上的焊接变形量以及该时刻的形貌及应变.     

预测焊接变形的残余塑性应变有限元方法

介绍了焊接以后构件中残余塑性应变的确定，以及基于残余塑变预测焊接变形的有限元方法，并给出了计算实例。     

安全端焊接残余应力对裂纹尖端力学参量的影响

焊接残余应力是导致核电一回路安全端异种金属焊接接头引导力腐蚀开裂(SCC)的主要因素之一,同时焊接接头区域材料力学性能不均匀性使得SCC裂纹尖端力学场分析变得更为复杂。为了了解核电一回路压力容器安全端异种焊接结构中残余应力对裂纹尖端力学参量的影响,本文通过有限元手段分别利用预定义温度场法和导入预应力法对核电一回路安全端焊接接头中的残余应力分布进行模拟,并计算分析了焊接残余应力作用对安全端焊接接头中SCC裂纹尖端主要力学参量的影响。研究表明,导入预应力法是较理想的焊接接头残余应力场模拟方法;裂尖应力、应变以及J积分均与残余应力的分布规律有很大的关联性;当裂纹长度小于管壁厚度的三分之一时,裂尖应力应变和断裂参量随裂纹长度增加而增大,之后趋于平稳;当裂纹长度接近30 mm时裂尖法向应力由正变负,裂尖应力应变随裂纹长度的增大而减小,有可能造成SCC裂纹扩展停滞。研究结果为日后定量预测安全端SCC裂纹扩展历程奠定了一定的理论基础。     

LDV/PIV全场速度测量的误差分析

针对激光多普勒测速和激光粒子图像速度场测量的实验结果误差，提出了一种基于不可压缩流连续性的全场综合误差分析方法，通过对轴对称旋转流动全场实验测量结果的误差分析发现，其实际全场测速综合误差虽然都小于4％，但比仪器厂商所给出的理想环境下的系统误差大得多。     

基于固有应变的船体板列焊接变形数值预测

采用固有应变有限元法,对船体板列焊接变形进行预测.确定了固有应变加载区域,进行了热弹塑性有限元分析,获得焊接温度场和应变场,提取热弹塑性有限元分析得到的残余应变数据,作为相应加载区域的固有应变值.加载固有应变值,进行结构弹性分析获得板列焊接变形,数值模拟结果可为板列焊接变形预测提供依据.分析了不同的焊接顺序对固有应变加载和结构变形的影响.     

大功率条件下蜂窝状冷凝板激光焊接变形的控制

以CO2 激光焊接304不锈钢蜂窝状冷凝板为研究对象,针对出现焊接变形问题,研究了因激光焊接功率不同导致焊缝尺寸不同对蜂窝状冷凝板焊接接头最大承载载荷、焊接残余应力与应变的影响,采用小孔法测量不同工艺条件下焊接残余应力,并提出了控制蜂窝状冷凝板焊接变形的方法。研究表明：当焊接功率为1.4、1.8 kW时,两种工艺条件下纵向弯曲挠度和纵向收缩应力比与焊缝截面积之比相同为1.000∶1.328;测量所得焊接残余应力之比为1.000∶1.391,与计算所得值相近。分析发现焊缝最大承载能力与焊缝截面积有一定的关系,并提出了该新型函数关系表达式。提出了内外循环式焊接顺序,此方法能减少焊接变形的发生,又几乎不影响焊接生产效率,极大提高了蜂窝状冷凝板的生产质量。     

残余应力对排液蒸发器强度影响的有限元分析

某排液蒸发器管箱隔板与筒体焊接处产生了焊接变形,其凹陷处最大值为5 mm,影响结构的安全运行.焊接应力与变形是焊接过程的必然产物,计算和分析比较困难.采用固有应变分析法,计算出隔板和筒体的固有应变体积,然后获得简体的焊接残余应力.在此基础上只考虑焊接残余应力、设计应力以及焊接残余应力与工作应力叠加3种工况计算出变形区域的等效应变,并转化为等效残余应力.利用有限元方法对蒸发器的强度进行分析,计算结果可用于指导其实际运行.     

金属材料高温力学性能分析综合实验设计与实践

采用高温材料力学试验机结合三维全场应变测量系统,将先进科研技术手段融入实验教学,构建了教学型高温静态拉伸实验方法,新建了金属材料高温力学性能分析综合实验。该实验以激光引伸计法、三维非接触式全场应变测量法（3D-DIC法）测量高温变形,实现高温拉伸变形从单一数值输出到全场变形可视化。实验还设立了独立考核与团队合作考核相结合的考核模式,以前沿技术促进教学质量提升,加强了学生创新能力及科研能力的培养。该实验已进入本科生创新实验及研究生力学实验课程体系中,取得了良好效果。     

金属材料高温蠕变变形的云纹干涉法实验研究

为了研究金属材料高温蠕变及其不均匀应变场的变形规律，使用高温双镀层全息光栅（线密度为 １２００ｍｍ－１）并应用云纹干涉法对 ２０号钢带孔拉伸试件在 ６００℃下的拉伸蠕变进行了测量研究，提出了云纹干涉法测量残余蠕变变形的基本原理，得到了该试件在 ４０ ｈ范围内的残余蠕变云纹场和试件应变集中系数随蠕变时间的变化规律，且应用蠕变理论对所得结果进行了分析。实验结果表明，使用双镀层高温栅进行高温蠕变的云纹干涉法测量是可行的。     

随焊冲击碾压控制焊接应力变形防止热裂纹机理

为了解随焊冲击碾压法机理,用数值计算方法对冲击碾压轮引起薄壁结构焊缝金属塑性流变行为和应变场变化进行了分析.前轮对处于脆性温度区间的焊缝金属施加一个横向挤压塑性应变,减小甚至抵消致裂的拉伸应变,防止了焊接热裂纹的产生.后轮将焊缝金属的纵、横向压缩塑性变形充分碾展,减小了工件的残余变形和应力.实验结果证明随焊冲击碾压法能将平板薄壁试件纵向挠曲和横向收缩变形控制在常规焊接状态的1/10和1/5, 残余应力值也明显降低; 焊缝表面没有热裂纹,平整光滑.