不锈钢点焊接头焊接变形数值模拟分析

摘要

本文针对不锈钢电阻点焊接头焊接变形问题进行了研究，采用顺序耦合方式实现了多物理场的耦合模拟分析，在此基础上最终实现了利用固有应变法预测不锈钢电阻点焊接头焊接变形结果。 本文首先建立二维对称结构模型，用于不锈钢电阻点焊预压接触分析。通过接触预压分析得到：接触面上接触压力峰值接近电极端面边缘处，随着电极压力的增大，接触面上的压力也逐渐增大，压力峰值出现位置基本一致；贴合面上接触压力峰值点的径向坐标小于电极端面边缘处的径向坐标，随着电极压力的增加，贴合面压力也随之增大，贴合面压力峰值出现的位置向对称轴靠近。通过数值模拟获得了不锈钢电阻点焊贴合面的初始导电区域，为熔核形成过程的热电耦合分析奠定基础。 以预压接触分析为基础建立热电耦合分析模型，将接触面和结合面的接触电阻简化为温度的函数，考虑随温度变化的材料热物理性能参数，分别对等厚度和不等厚度不锈钢薄板电阻点焊过程的瞬态温度场进行了分析。通过热电耦合分析得到：焊核的形成过程、温度场分布、电势分布以及因板厚不同造成焊核向厚板一侧偏移的结果，与实际的焊接结果相吻合。温度场分析结果可作为随后热力耦合分析的初始载荷， 以热电耦合分析为基础建立热力耦合分析模型，分别对等厚度和不等厚度薄板点焊过程进行分析。通过热力耦合分析得到：在等厚度点焊过程中，由于模型的对称性，应变和变形都是对称分布的；在不等厚度点焊过程中，由于模型不对称，应变和变形都是不对称分布的，并详细分析了各参数对焊接变形的影响，为采用固有应变法分析点焊变形奠定了基础。 以热力耦合分析结果为基础，引入固有应变法分析焊接变形。首先将固有应变法应用于缝焊分析过程中，证明固有应变的可靠性。然后将固有应变法引入对点焊结构焊接变形分析中，从二维到三维、从单点到多点，逐步深入。采用等强度设计原则，设计典型多焊点点焊接头，应用固有应变法模拟分析焊接变形。分析得出：多焊点结构的变形量不是各单个焊点变形量的简单线性叠；在多焊点点焊接头中，点距越小、焊接变形逐渐变大，点距越大、焊接变形越小；列距越大、焊接变形逐渐变小，列距越小、焊接变形越大。最终得出固有应变法可用于大型点焊结构的焊接变形分析过程中。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题背景及意义

1.2焊接变形数值模拟研究现状

1.3本文研究目的

第二章不锈钢电阻点焊预压接触分析

2.1弹塑性接触有限元分析理论

2.1.1弹塑性有限元分析理论

2.1.2接触问题有限元分析理论

2.2不锈钢电阻点焊预压接触有限元模型

2.2.1建模假设条件

2.2.2实体模型及边界条件

2.2.3有限元模型

2.3材料力学性能参数及点焊参考规范

2.4不锈钢电阻点焊预压接触模拟结果及其分析

2.4.1电阻点焊预压状态下接触面压力比较

2.4.2电极压力对点焊预压状态下接触压力的影响

2.5本章小结

第三章不锈钢电阻点焊热电耦合分析

3.1电阻点焊过程的基本控制方程

3.1.1电势方程

3.1.2热传导方程

3.2材料热电性能参数

3.3接触电阻

3.4等厚度不锈钢电阻点焊热电耦合分析

3.4.1建模假设条件

3.4.2实体模型及边界条件

3.4.3有限元模型

3.4.4等厚度不锈钢电阻点焊热电耦合模拟结果及分析

3.5不等厚度不锈钢电阻点焊热电耦合分析

3.6本章小结

第四章不锈钢电阻点焊热力耦合分析

4.1热力耦合分析基本理论

4.1.1物理方程

4.1.2几何方程

4.1.3平衡方程

4.2材料热力性能参数

4.3等厚度不锈钢电阻点焊热力耦合分析

4.3.1电阻点焊应变分析

4.3.2电阻点焊变形分析

4.4不等厚度不锈钢电阻点焊热力耦合分析

4.4.1相同电极压力不同规范

4.4.2相同规范不同电极压力

4.5本章小结

第五章不锈钢电阻点焊固有应变分析

5.1固有应变法理论

5.2平板堆焊焊接变形固有应变分析

5.2.1计算模型

5.2.2计算方法

5.2.3计算结果及试验比较

5.3点焊结构焊接变形固有应变分析

5.3.1单焊点二维焊接变形

5.3.2单焊点三维焊接变形

5.3.3多焊点三维焊接变形

5.4本章小结

结 论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文