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《重庆大学》 2011年
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低碳钢/低合金高强钢薄板焊接变形的数值模拟

孙岱  
【摘要】:由于人类社会对汽车的环保和节能有着越来越迫切的要求,汽车的轻量化设计是目前汽车设计中的一个重要的研究热点。本课题以汽车常用的薄板TIG焊焊接过程的数值模拟为研究对象,应用有限元分析理论,重点研究分析了分别以低碳钢AISI20和低合金高强钢SM570作为薄板焊件情况下的焊接变形规律。 本研究的有限元分析及计算模拟依靠ABAQUS有限元分析软件。焊接热源模型则选择了加长型椭球等密度模型以保证有效计算精度同时又能大大缩短计算时间。应用ABAQUS软件进行数值模拟时,为了提高模拟计算的准确性,本文充分考虑了材料热物理性能与温度的非线性关系,针对薄板焊接,特别考虑了几何非线性问题,对软件件进行二次开发,实现温度场和应力应变场的耦合计算,较为系统和深入地研究了不同材料、厚度和线能量条件下薄板对接焊接的温度场、残余应力和残余变形的分布。 本文首先研究模拟了相同尺寸的低合金高强钢SM570和低碳钢AISI20两种材料的薄板对接焊接变形。模拟结果表明:在相同板材尺寸和焊接工艺规范的情况下,低合金高强钢SM570比低碳AISI20的变形量小。由此可见,薄板材料的屈服强度越高,其自由状态下焊接产生焊接变形的倾向越小。 本文还分别模拟和分析了在相同焊接线能量和不同的线能量的两种情况下,低合金高强钢SM570和低碳钢AISI20两种材料的薄板对接的焊接变形随着薄板厚度的变化趋势。模拟结果表明:无论焊接的线能量是否变化,薄板对接焊接的焊接变形会随着薄板厚度的减少而变大。只是在焊接线能量也减小的时候,薄板对接焊接的焊接变形会随着薄板厚度的减少而变大的幅度也变小。换而言之,对同一种材质的薄板焊件而言,板厚越薄,其自由状态下焊接产生焊接变形的倾向性越大。 本文最后分析了2mm厚的低合金高强钢SM570和3mm厚低碳钢AISI20的薄板对接焊接变形。从薄板对接焊接的三个方向的模拟变形结果看,2mm厚的低合金高强钢SM570的变形量均小于3mm低碳钢AISI20的变形量。本研究结果对汽车车身的轻量化设计及焊接生产具有一定的指导意义和参考价值。
【学位授予单位】:重庆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG404

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