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《兰州理工大学》 2006年
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汽车铝合金车身的材料力学性能测试与简单结构有限元模拟

周清林  
【摘要】:汽车铝合金车身部件的力学模拟成为一个重要的课题,近年来国内外对均匀材料的结构做了大量的研究。本文针对这一情况对铝合金接头进行了研究: (1) 对6063与5A02的焊接性能进行了研究,主要包括对接接头(TIG焊接,激光焊接),T型接头(TIG焊接),并且采用ISO等应变法对对接接头进行了力学性能分析; (2) 采用微孔剪切实验和FEM分析对微区的材料性能进行了测试,得到了一种合理的表征焊接接头各个不均匀区域力学性能测试方法,并且对对接接头的性能测试采用有限元模拟进行了验证; (3) 运用ABAQUS商业软件对T型结构在静态下的屈服,变形到破坏过程进行了有限元模拟; (4) 针对汽车安全设计研究了部件的关键部分焊接接头的力学性能,获得了不同焊接方法下接头的力学性能测试方法和大变形分析的统一表征方法,为进一步的研究部件的大变形奠定了基础。 研究结果表明:1)ISO等应变法没有考虑焊接热影响区,而接头的破坏大多是发生在热影响区,另外母材和焊缝之间不是简单的接触,而是在有力的作用的时候两个区是互相拘束的,因此不能表征T型接头接头微区的材料力学性能;而穿孔剪切法克服了上面的缺陷,可以对很小的区域的力学性能进行准确的预测,从而对焊接接头模拟的材料的力学性能的分区提供依据。2)对于焊接结构T型接头的静载有限元模拟表明:结构的变形是由材料的屈服强度控制的,而结构的破坏是以材料的应变控制的。另外模拟的结果出现很大的应力梯度说明焊接结构对于材料性能用简单的以焊缝,热影响区以及母材几个分区是远远不够,而是应对材料的力学性能作非线性处理,从而形成材料力学性能的连续变化。3)铝合金由于本身有自己的特殊性决定了它的焊接性能,总体来说具有容易形成变形,焊接热裂纹,气孔,烧穿现象是需要解决的问题,从目前来看铝合金的TIG焊接对于铝合金是一种比较成熟的焊接方法,而激光焊接有很大的运用前景。本文的研究为汽车部件的进一步的安全碰撞分析可以提供有效的依据和奠定了基础。
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