大面积钛/钢复合板爆炸焊接过程的有限元模拟与分析

摘要

在爆炸焊接过程中，特别是难变形材料的大面积爆炸焊接过程中，一般会出现板间不复、周边打伤、界面不良和变形严重等问题，这些问题严重影响着爆炸焊接的复合质量。针对以上问题，本文开展了大面积复合板爆炸焊接过程的有限元数值模拟，并提出了一种基于数值模拟的爆炸焊接参数组合调整优选方法。同时结合实验结果，对大面积复合板爆炸焊接过程的边界效应、绝热剪切线等现象进行了分析讨论。取得以下主要成果和新见解： 1．通过学习爆炸焊接机理，研究了如何选择合理的爆炸焊接参数以及这些参数对爆炸焊接质量的影响规律。阐明了爆炸焊接参数的重要性，说明用数值模拟方法来优化大面积复合板爆炸焊接工艺参数的必要性。 2．通过对钛钢复合板爆炸焊接过程的数值模拟，对大面积爆炸复合板中应力、应变、速度、位移等场变量的分布情况有了系统的认识。研究结果表明：长宽相等的方板或者长宽相差悬殊的长条板，爆炸焊接质量好，复合率高，可供探索研究中参考与借鉴。 3．基于数值模拟结果，提出了大面积复合板爆炸焊接参数的选定方法，与实际生产实验相比较，采用数值模拟方法，可以较容易地改变实验条件，比较和分析不同条件下的模拟结果，从而更有利于指导工程实践。 4．通过实验研究，对爆炸焊接界面区的变形特征有了更进一步的了解，同时分析了结合界面产生熔化块、熔化层、绝热剪切线等现象的原因和影响因素，并测定了界面区显微硬度的变化规律，同时还对边界效应的类型、产生的原因以及预防措施等做了综合性分析，得出了一些有利于提高大面积爆炸复合板质量的技术措施。

目录

文摘

英文文摘

西北工业大学学位论文知识产权声明书及原创性声明

第1章绪论

1.1引言

1.2钛及双金属复合材料的特点

1.3爆炸焊接加工技术的应用及现状

1.4爆炸焊接的特点和优缺点

1.5爆炸焊接的基本问题

1.5.1异种金属焊接的主要问题

1.5.2爆炸焊接中的缺陷问题

1.6大面积复合板爆炸焊接的关键技术

1.7研究的背景和意义

1.8主要研究内容和新见解

第2章爆炸焊接及显式动力学基础理论

2.1引言

2.2爆炸焊接基础理论

2.2.1爆炸焊接方法

2.2.2爆炸焊接参数选择的基本原则

2.2.3爆炸焊接界面的形成机理

2.3显式动力学理论基础

2.3.1控制方程

2.3.2空间有限元离散化

2.3.3沙漏控制和人工体积粘性

2.3.4时间积分和步长控制

2.3.5 Euler算法与ALE算法

2.4本章小结

第3章爆炸焊接参数的选择

3.1引言

3.2炸药的选择

3.3碰撞点移动速度

3.4复板飞行速度

3.4.1复板最小飞行速度

3.4.2复板最大飞行速度

3.5碰撞角

3.6爆炸焊接参数的选择

3.7确定装药量和间距

3.8合理爆炸焊接参数的选择

3.8.1再入射流的临界条件

3.8.2碰撞速度的临界条件

3.9本章小结

第4章爆炸焊接工艺模拟与分析

4.1引言

4.2模拟软件介绍

4.3有限元模型的建立

4.4材料的本构及参数

4.5模拟结果分析讨论

4.5.1不同形状复合板的爆炸焊接过程模拟

4.5.2不同抛板间隔爆炸焊接过程模拟

4.6本章小结

第5章爆炸焊接的实验研究

5.1引言

5.2爆炸焊接金相分析

5.2.1样品获取方法

5.2.2实验结果分析

5.3爆炸焊接硬度分析

5.4边界效应的产生、影响和预防

5.4.1边界效应的产生

5.4.2边界效应的影响

5.4.3边界效应的预防

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的相关论文

致谢