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50000字硕士毕业论文范文,焊接工程师论文:氩弧焊热弹性有限元分析的理论基础研究

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:50000字
论点:应力,焊接,残余
论文概述:

本文选取了双椭球热源模型对焊接过程中的温度场进行模拟,得到了比较满意的结果。说明双椭球热源模型在一定范围内能够较准确的模拟焊接温度场,这对以后焊接数值模拟问题的研究有一定

论文正文:

第一章绪论

1.1国内外镁合金氩弧焊残余应力研究现状
1.1.1镁合金简介
1。镁合金的特性
大多数镁合金具有以下特性:(1)镁合金的密度为1.74-1.859/cm3,是钢的1/4,比铝合金低36%,比锌低73%。镁合金是航空航天和运输车辆的良好轻质材料。(2)镁合金的比弹性模量与高强度铝合金和合金钢大致相同。(3)镁合金弹性模量低。(4)镁合金具有高减振能力,即高减振和低惯性。(5)镁及镁合金在高温和常温下具有一定的塑性。(6)镁合金具有优异的可加工性。(7)镁在碱性环境中稳定,具有耐盐雾腐蚀性能。(8)镁和铁的反应性低,压铸过程中压铸模具熔化损失小,使用寿命长,镁的压铸速度高于铝。
二。镁合金的应用
正是因为镁和镁合金具有上述一系列特性,它们的应用非常广泛,几乎涵盖了所有领域。(1)照明设备制造。因为铝含量超过30%的镁铝合金细粉在燃烧时会发出极其明亮的折射,所以镁的第一个工业用途是制造照明器。镁粉也用于制作夜间航空摄影用的拖曳管和燃烧器。(2)冶金工业。在冶金工业中,镁用于生产球墨铸铁:镁用于去除一些硫和球化石墨,从而大大提高铸铁的韧性和强度。(3)化学工业。在化学工业中,生产复杂特殊有机化合物和金属有机化合物的著名格氏法必须使用镁。(4)电化学。镁及镁合金铸造加工产品在电化学中的应用,包括阴极保护、电池制造、光刻等。(5)结构部件。镁由于其许多优异的性能,已经成功地用于制造各种结构部件。近年来,镁合金材料在电子、通信、汽车和摩托车行业的应用取得了重大突破,具有非常广阔的前景。
1.1.2镁合金氩弧焊残余应力的研究现状
一、焊接残余应力的概念
焊接工件因焊接而产生的应力称为焊接应力。根据应力的持续时间,焊接应力可分为瞬时焊接应力和焊接残余应力。瞬时焊接应力是焊接过程中某一时刻的焊接应力,它随着时间的推移而变化。焊件焊接后的热应力超过弹性极限,因此冷却后留在焊件中的残余应力称为焊接残余应力。
2。焊接残余应力的原因
在焊接过程中,焊接区的温度上升很快,比热影响区快得多,导致一些金属熔化。靠近未熔化的材料也会因受热而膨胀,然而,这部分材料也受到周围较冷区域材料、塑料热压的限制。因为焊接区域接收到更多的热量输入,冷却后,与周围区域相比,它将趋向于变短和向内变窄,或者尺寸减小。这样,残余应力出现在焊接区和周围的热影响区。没有外部影响它不会消失。因此,由高度集中的焊接热输入引起的极不均匀的焊接温度场是焊接残余应力和变形的根本原因。因此,焊接温度场的合理与否直接影响焊接质量。焊接应力应变的产生和发展随着加热和冷却过程中的温差而变化。以下是熔焊方法的一个例子,以说明影响变化过程的两个主要因素:(1)材料的热力学性能参数和物理性能。影响焊接温度场分布的主要物理参数是密度ρ、比热容C、导热系数λ和热扩散系数α = λ /cρ,它们由这些参数表示。其中,影响焊接热应力应变的一个重要物理性能参数是线膨胀系数α随温度的变化值。(2)选择的焊接热源类型。焊接过程中高度集中和不均匀的热输入是焊接应力应变的主要原因。焊接过程中温度场分布的影响因素包括:焊接零件的形状和厚度、焊接热源类型、热源移动速度、热源能量密度分布等。这些因素直接影响焊接残余应力的分布。
三。焊接残余应力对镁合金氩弧焊质量的影响
由于焊接残余应力的存在,镁合金的氩弧焊质量受到很大影响。主要影响静载荷强度、疲劳强度和应力腐蚀开裂。(1)对静载荷强度的影响。如果材料不能塑性变形,随着外力的增加,部件中的应力就不能均匀化。应力峰值将持续增加,直到达到材料的屈服极限,造成局部损伤,最终导致整个部件断裂。脆性材料中残余应力的存在会降低承载力并导致断裂。(2)对疲劳强度的影响。残余应力对构件疲劳强度的影响往往与其他因素交织在一起。实验研究表明,对于不同的钢钟,不同类型的应力集中源和残余应力场对构件的疲劳性能有不同的影响。(3)对应力腐蚀开裂的影响。应力腐蚀开裂是指敏感金属或合金在一定拉伸应力和一定腐蚀介质环境下共同作用而引起的腐蚀开裂过程。由于拉伸应力的作用,金属表面的腐蚀钝化膜不断损坏,加速了腐蚀开裂过程。
4。消除焊接残余应力的常用方法
国内外焊接工人为消除焊接残余应力进行了不懈的努力,找到了一些好的方法。其中,常用的方法如下:(1)自然老化。该方法依靠四季昼夜温差,长期积累使金属略有收缩和膨胀,从而实现残余应力的释放。其主要缺点是消除残余应力的效果很差,文献报道最大降幅仅为10% [2]。

1.2年镁合金氩弧焊数值模拟低温处理研究现状简介...................10-12
1.3...................12-15
1.4研究内容和意义...................15-17
第二章热弹塑性钨极氩弧焊有限元分析的理论基础...................17-23
2.1钨极氩弧焊温度场分析理论...................17-20
2.2氩弧焊应力应变分析理论...................20-23
第三章氩弧焊接触力场的模拟计算...................23-45
3.1实验材料和焊接工艺...................24-25
3.2预处理...................25-28
3.3负载应用和解决方案...................28-31
3.4后处理...................31-32
3.5焊接温度场计算结果及分析...................32-36 [/BR/] 3.6焊接应力场计算结果及分析...................36-41
第四章低温处理过程模拟...................45-59
4.1低温处理工艺...................45
4.2低温处理设备...................45-46
4.3低温处理温度场计算结果及分析...................46-50
4.4深冷处理应力场计算结果及中残余应力分析...................50-53[/比尔/] 4.5试验验证...................53-55
4.6低温处理前后焊接残余应力的对比分析...................55-59

结论

通过本文的研究和对比实验结果,得出以下结论。
1。本文选用双椭球热源模型模拟焊接过程中的温度场,取得了满意的结果。这表明双椭球热源模型能够在一定范围内准确模拟焊接温度场,对今后焊接数值模拟问题的研究具有一定的参考价值。
2。实验测得的残余应力值与模拟结果吻合良好。这表明本文建立的有限元计算模型较为接近实际情况,具有较强的参考意义。
3。本文的研究对象是小尺寸钨极氩弧焊对接焊。然而,本文的仿真分析方法可以推广到各种接头形式和尺寸的焊接仿真研究中。当然,这也对计算机的性能提出了更高的要求,例如更快的计算速度、足够的内存和存储空间空。
4。通过与实际实验的对比分析,可以看出平行于焊缝方向的残余应力两端较小,逐渐上升到中间区域,在焊缝中间附近达到最大值。纵向残余应力主要是两端的拉应力和中部的压应力,横向残余应力主要是两端的压应力和中部的拉应力。焊缝附近垂直于焊缝方向的残余应力相对较大。随着距焊缝距离的增加,残余应力逐渐减小。纵向残余应力主要是压应力,而横向残余应力主要是拉应力。

参考

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