铝合金变极性等离子弧焊接应力场数值模拟

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20101224硕士学位论文类别：全日制硕士研究生题目：铝合金变极性等离子弧焊接应力场数值模拟英文题目：NumericalSimulationofStressFieldinVariablePolarityPlasmaArcWeldingforAluminumAlloy研究生：赵鹏学科专业：材料科学与工程指导教师：韩永全教授二○一三年六月内蒙古工业大学硕士学位论文原创性声明本人声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他人已经发表

2、或撰写过的研究成果，也不包含为获得内蒙古工业大学及其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：指导教师签名：日期：日期：学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：内蒙古工业大学有权将学位论文的全部或部分内容保留并向国家有关机构、部门送交学位论文的复印件和磁盘，允许编入有关数据库进行检索，也可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。为保护学校和导师的知识产权，作者毕业后涉及该学位论文的主要内容或研究成果用

3、于发表学术论文须征得内蒙古工业大学就读期间导师的同意，并且版权单位必须署名为内蒙古工业大学方可投稿或公开发表。本学位论文属于保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：日期：内蒙古工业大学硕士学位论文摘要铝合金具有低密度，高比强度以及优良的加工性能等特点，已经广泛地应用在航空、航天、汽车以及船舶等工业领域。但铝合金的独特物理和化学特性已经成为其焊接的难点，作为一种针对铝合金的新型焊接方法，变极性等离子弧焊接方法已经受到广泛关注及应用。如果能将数值模拟技术成功应用在铝合金变极性等离子

4、弧焊接工艺的制定过程中，不但可以缩短由于长时间的实验而加长的生产周期，同时还可以生产成本。本文以传热学及热弹塑性有限元分析法为理论基础，利用ANSYS有限元分析软件，采用的是以温度场为基础进行应力场计算的间接法，对铝合金变极性等离子弧焊接进行应力场的三维数值模拟。首先对铝合金变极性等离子弧焊的特点进行分析，建立与实际情况相同的有限元分析模型。焊材的热物理参数均随着温度的变化而改变。由于焊缝区域的温度和残余应力较大，属于重点分析区域，因此与焊件边缘相比，焊缝区域网格划分更为细密。焊接热源采用高斯+双椭球热源模型，并通过正、反极性期间热源模型不同

5、尺寸的循环加载，与实际焊接情况更加贴近。计算后得到焊接的温度场结果，截取不同时刻下焊接温度场的分布云图，同时获取焊件上几点的了循环曲线，综合分析在焊接过程中，整个焊件的温度变化过程以及其变化规律。应力场计算沿用温度场的有限元模型，并以温度场计算结果为载荷进行求解分析。计算后得到焊接应力场结果，截取不同时刻下焊接应力场的分布云图，并通过对焊件整体以及某几个点的残余应力分析，得到焊后整体焊件的残余应力变化情况。最后，本文采用YC-Ⅲ型应力测量仪对采用变极性等离子弧焊接的铝合金焊后残余应力进行测量。将实际测量结果同计算结果进行比较，发现二者数值相差

6、较小，规律相同；证明了通过有限元计算得到的残余应力分布状态和规律是可信的。关键词：变极性等离子弧焊；数值模拟；铝合金；应力场内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractWiththecharacteristicsoflowdensity,highspecificstrengthandexcellentmachiningperformance,aluminumalloyhasalreadybeenwidelyusedinaerospacevehiclesandshipsandotherindustrialfields.Astheuniquephy

7、sicalandchemicalpropertiesofaluminumalloyhasbecomethedifficultyofthewelding,themethodofvariablepolarityplasmaarcwelding,asanewtypeofaluminumalloyweldingmethod,moreandmoreattentionsandapplicationsarepaid.Ifnumericalsimulationtechnologycanbesuccessfullyappliedintheprocessofva

8、riablepolarityplasmaarcwelding,notonlylengthenproductionduetolongtimeexperimentcan