鋁合金熔焊接頭及其薄壁結(jié)構(gòu)的大變形力學(xué)行為研究.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，汽車成為了人們出行的必備交通工具。而節(jié)能、環(huán)保、安全是當(dāng)今世界汽車行業(yè)的研究與開發(fā)的熱點(diǎn)。鋁合金因?yàn)榫哂懈叩谋葟?qiáng)度和高的延展性被廣泛應(yīng)用于車體中，通過特殊的工藝（如焊接、沖壓）對鋁合金進(jìn)行加工成型獲得所需復(fù)雜截面的構(gòu)件，其彈性模量可以與鋼相比?，F(xiàn)在汽車船舶、航空航天等各個(gè)領(lǐng)域都在使用鋁合金薄壁構(gòu)件作為吸能裝置，這不僅降低了材料的重量，還節(jié)省了大量成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。
　　 在實(shí)際碰撞過程中

2、，限于一些問題的復(fù)雜性和試驗(yàn)成本等因素，不可能全部開展大量的碰撞試驗(yàn)，因此在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，有限元計(jì)算模擬所占的比重變得越來越大。汽車廠商和很多研究院所利用顯式求解器如ABAQUS/Explicit等有限元模擬軟件對車體沖擊大變形、損傷斷裂行為已經(jīng)做了大量工作。但其分析結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果往往有較大差距，這不是因?yàn)檐浖旧淼挠?jì)算精度有問題，而是在模擬中，對焊接構(gòu)件幾何及材料不均勻性建模與實(shí)際有所差距，對于焊接接頭的不均勻變形及損傷行為缺乏精確描述

3、，由此造成數(shù)值計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)出現(xiàn)較大偏差，因此需要對現(xiàn)有均質(zhì)材料、幾何模型進(jìn)行修正，開發(fā)有效的材料局部性能表征方法，研究接頭與結(jié)構(gòu)整體力學(xué)性能的相關(guān)性。
　　 本次試驗(yàn)選用厚度為1.5mm的5052鋁合金，利用CMT焊接方法焊接鋁合金搭接接頭，獲得最佳焊接參數(shù);通過金相試驗(yàn)，硬度試驗(yàn)，單向拉伸試驗(yàn)，拉伸斷口觀察，能譜分析等對接頭進(jìn)行性能測試分析。試驗(yàn)得出:母材組織細(xì)小、均勻，晶粒尺寸約為焊縫的10倍;焊縫強(qiáng)度高于母材是因?yàn)楹缚p組

4、織中有彌散強(qiáng)化相Mg2Si和Al8Mg5析出;此外，因析出相為金屬間化合物，塑性和韌性差，導(dǎo)致焊縫塑性和韌性低于母材;母材發(fā)生非晶體學(xué)韌性斷裂，焊縫發(fā)生混合性斷裂。
　　 本文還設(shè)計(jì)了一種薄壁單帽結(jié)構(gòu)，并利用CMT焊機(jī)焊接搭接接頭的焊接參數(shù)焊接5052鋁合金單帽結(jié)構(gòu)，對不同長度的單帽進(jìn)行軸向壓縮試驗(yàn)。將各個(gè)長度的單帽結(jié)構(gòu)變形情況進(jìn)行對比，獲得載荷-位移曲線，計(jì)算在壓縮時(shí)各單帽吸收的能量。最后，利用有限元軟件ABAQUS/Expl

5、icit建立軸向壓縮試驗(yàn)體單元和殼單元模型，模擬三種長度單帽的變形結(jié)果及載荷位移曲線，與試驗(yàn)測試結(jié)果進(jìn)行對比。結(jié)果表明:試驗(yàn)測得三種單帽的最大峰值載荷相差無幾，約為34KN:吸能性以200mm長單帽最佳;150mm的單帽發(fā)生軸對稱疊縮，并且疊縮從頂部開始，而200mm和300mm長的試件皆從底部開始疊縮。有限元模擬結(jié)果表明:體單元模型中，模擬最大載荷為15KN左右，僅為試驗(yàn)測得載荷的一半;只有200mm長的試件變形模式與試驗(yàn)較為吻合。殼

6、單元模型中，模擬載荷-位移曲線結(jié)果與試驗(yàn)測得擬合較好。因此，選用殼單元模型模擬單帽的軸向壓縮試驗(yàn)。
　　 對200mm長的單帽進(jìn)行三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)，獲得單帽的載荷-位移曲線，計(jì)算在縱向壓縮時(shí)的吸能性及彎曲撓度。使用ABAQUS/Explicit建立三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)?zāi)Ｐ停謩e利用體單元和殼單元模擬三點(diǎn)彎曲變形過程，其中引入了G-T-N損傷參數(shù)，取q1=1.5，q2=1.0，q3=2.25。得出:體單元模擬的載荷-位移曲線經(jīng)修正后與試驗(yàn)結(jié)果