TIG焊接過(guò)程中LY2鋁合金熱學(xué)和力學(xué)參數(shù)的反演.pdf

1、焊接過(guò)程數(shù)值模擬中需要的各種熱、力學(xué)性能參數(shù)的選取,將對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果產(chǎn)生重大影響.這些參數(shù)數(shù)據(jù),尤其是高溫?cái)?shù)據(jù),要么很缺乏,要么雖有測(cè)量值,因其是在穩(wěn)定狀態(tài)下獲得的,對(duì)焊接過(guò)程將不再適用.本文采用多種反演法獲得了TIG焊接過(guò)程LY2鋁合金的性能參數(shù),進(jìn)而分析了LY2性能參數(shù)與溫度以及溫度變化速度之間的綜合關(guān)系.根據(jù)傳熱學(xué)基本方程,推導(dǎo)了由溫度場(chǎng)全場(chǎng)信息反演材料導(dǎo)熱系數(shù)的逆法反演模型.利用紅外熱象法實(shí)測(cè)了TIG焊接溫度場(chǎng),代入到模型中計(jì)算

2、了焊接過(guò)程LY2鋁合金導(dǎo)熱系數(shù)隨溫度變化關(guān)系.采用直接法反演了焊接過(guò)程的LY2鋁合金的導(dǎo)熱系數(shù).為此,將導(dǎo)熱系數(shù)與電弧熱效率系數(shù)、有效熱半徑等數(shù)值的初值代入有限元模型中計(jì)算焊接溫度場(chǎng),利用熱象法測(cè)量實(shí)際焊接過(guò)程的溫度場(chǎng)的結(jié)果,通過(guò)計(jì)算溫度場(chǎng)模擬與實(shí)驗(yàn)之間的誤差,改變參數(shù)數(shù)值,直至模擬與實(shí)驗(yàn)之間誤差最小,提取此時(shí)對(duì)應(yīng)的參數(shù)數(shù)值,即獲得反演得到的導(dǎo)熱系數(shù).利用激光電子散斑法,獲得了包含焊接位移場(chǎng)信息的散斑原始圖像.對(duì)圖像進(jìn)行了灰度變換和直方

3、圖均衡化處理,然后采用頻域同態(tài)濾波的方法對(duì)圖像進(jìn)行降噪濾波處理,取得了比較好的處理效果.經(jīng)過(guò)降噪、二值化、細(xì)化、平整、擬合、標(biāo)定等一系列處理后,在程序中就可以自動(dòng)生成相對(duì)焊接動(dòng)態(tài)位移場(chǎng).建立了位移場(chǎng)的有限元分析模型,使得在給定力學(xué)性能參數(shù)數(shù)值的情況下,該模型能夠模擬出TIG焊接過(guò)程位移場(chǎng)的演化情況.通過(guò)比較位移場(chǎng)模擬與散斑測(cè)量結(jié)果,利用遺傳算法,有效解決了搜索量過(guò)大,以及局部最小值的問(wèn)題,由直接法反演得到了LY2力學(xué)性能參數(shù)隨溫度的變化

4、情況.從力學(xué)關(guān)系和晶體學(xué)出發(fā),分析了焊接過(guò)程材料性能參數(shù)滯后于穩(wěn)定狀態(tài)下數(shù)值的原因,對(duì)4個(gè)熱、力學(xué)性能參數(shù)變化的理論分析與反演趨勢(shì)吻合,證明了直接反演法的正確性.在此基礎(chǔ)上,建立了一個(gè)針對(duì)材料熱學(xué)和力學(xué)參數(shù)與溫度及溫度變化速度之間關(guān)系的線性模型,定義了變溫過(guò)程材料性能抗拒溫度變化的慣性大小的量——遲滯系數(shù).將穩(wěn)定狀態(tài)下性能參數(shù)和考慮性能參數(shù)與溫度及溫度變化速度關(guān)系的模型,分別代入移動(dòng)電弧焊焊接位移場(chǎng)的有限元分析計(jì)算,得出焊接位移場(chǎng),通過(guò)