铝合金电阻点焊数值模拟及熔核性能的研究

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1、中文摘要电阻点焊广泛应用于航空、航天、能源、机械、电子、车辆及轻工部门，在现代制造业中占有不可替代的地位。然而电阻点焊焊接过程是一个高度非线性的多物理场耦合作用的复杂过程，加上焊接时间极短，熔核形成过程具有不可见性，给实验观测带来困难。本文采用数值模拟方法对铝合金点焊熔核形成过程进行了研究，建立了铝合金电阻点焊的力、热、电耦合模型，模拟了电阻点焊过程温度场的变化情况，揭示了铝合金焊接过程中的熔核产生、形成及长大过程，并对其进行了分析。在工艺方面，提出了一种基于数值模拟的熔核承受剪切性能的逆过程设计方法来建

2、立熔核，确定点焊焊接结构的力学性能与熔核尺寸及形状模型，选择出能满足剪切性能要求的合格熔核形状。在此基础上对合格熔核形状进行温度场的模拟计算，确定点焊焊接工艺参数，对实际的点焊焊接工艺参数的选择具有指导意义。在残余应力应用方面，铝合金电阻点焊焊接过程加热冷却速度快(几个周波内)、温度梯度大、熔核膨胀和收缩大，同时受到焊接压力作用，弹塑性变形严重，在点焊熔核中存在着较大的残余应力。它对焊接接头性能影响严重，从而影响熔核设计的可靠性和疲劳寿命。点焊的残余应力主要是受电极压力和热载荷的影响，为此分析了在热载荷和

3、电极压力作用下焊点残余应力的分布情况，并使用X射线衍射法检验了不同电极压力及持压时间下焊点的残余应力大小，试验与计算结果表明，数值模拟熔核的平均残余应力与X射线衍射法测量所得残余应力相当，说明了数值模拟焊点残余应力的正确性。在焊点疲劳方面，进行了四部分研究：第一，根据载荷和几何结构计算中的应力应变响应，它是进行疲劳分析的基础；第二，将应力应变响应，结合材料性能参数，分析了熔核全寿命疲劳分析；第三，应用疲劳损伤模型，得出了沿熔核环向的两板的疲劳损伤(寿命)分布极坐标图，它能够更准确的了解和认识电阻点焊疲劳损

4、伤机理，有利于疲劳寿命设计；第四，定性地探讨了焊点残余应力对疲劳的影响。关键词：铝合金；电阻点焊；数值模拟；残余应力；疲劳寿命ABSTRACTRSW(ResistanceSpotWelding)iswidelyusedinareasofaerospace，energysource，electronics，vehicleandlightindustry,andplaystheimportantroleinmodemmanufacturingindustry．However,thenuggetformatio

5、nofRSWisextremelycomplexandnon．1inearmulti-physicscouplingfields，andweldtimeistransitoryandnuggetformationisinvisible，SOthatitisdifficultforUStoobserveandresearchthroughtraditionalexperiment．Thispapermakesuseofnumericalsimulationmethodtosearchthenuggetfor

6、mationonRS彬andanaxisymmetricallyelectro-thermo—mechanicalmodelisbuilttosimulatevarietyofthetemperaturefieldofnuggetduringwelding，showthecourseofnuggetgenerated，formedandgrown．FinallynuggetformationonRSWiscompletelyanalyzed．Fromtheprocessofhowtodesignnugge

7、tofRSW：areversemethod，basedonshearingperformanceofnugget，isputforward．Themodelaboutnuggetdimensionandshapeissetupthroughmechanicalperformanceofweldingstructure，SOthateligiblenuggetabletomeetshearingperformanceisobtained．Accordingtoeligiblenugget，weldingpa

8、rametersareascertainedthroughsimulatingtemperaturefields．Itwillbeusedfordireetingweldingprocessparametersatpresent·Attheaspectofresidualstress，temperaturegradsishigh，nuggetexpanseandshrinkageisbig，andpressureisfunct