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振动时效消除焊接残余应力的仿真及实验研究

李晓  
【摘要】:目前,振动时效技术在钢铁等黑色金属领域得到了较为广泛的应用和推广,其相关研究很多,并取得了不少成果,但是在铝合金等有色金属领域的研究却相对较少。本课题将以硬铝合金2A11对接焊平板为研究对象,采用数值模拟仿真与实验相结合的方法,对振动时效消除焊接残余应力进行了研究。 首先,全面分析了残余应力产生的机理。基于包辛格效应对振动时效的宏观机理进行了详细的阐述,并确定了激振力的选择依据;基于位错理论对振动时效的微观机理进行了充分的研究,并解释了该过程中晶体的位错运动以及内部残余应力的释放机理。 其次,介绍了焊接残余应力的产生与分布以及焊接成型的特点。在深入研究焊接温度场与应力应变场理论的基础上,运用ANSYS软件建立了焊接板的热弹塑性模型,应用单元生死技术进行热-结构耦合的焊接数值模拟仿真,并得到了与理论相一致的温度场和应力场分布结果;在试件自由模态分析和约束模态分析的基础上,确定了振动时效的工艺参数;将焊接数值仿真得到的应力场结果导入到谐响应分析模型中作为初始载荷,根据已确定的相关参数,对振动时效的过程进行数值模拟仿真分析。分析结果表明,振动处理后峰值处的残余应力下降了约30%,整体的残余应力分布得到了均化。 最后,对焊接件进行振动时效的实验研究,采用X射线法对振动前后的残余应力值进行分别测量。实验结果表明,振动时效技术能够很好的降低和均化铝合金焊接板的残余应力值,并验证了该技术的有效性和实用性。


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