TIG對接焊熱力耦合數(shù)值模擬及其應(yīng)用研究.pdf

1、本文就焊接過程熱力耦合數(shù)值模擬及其應(yīng)用問題，進(jìn)行了以下幾方面的研究：以無坡口對接鎢極氬弧焊作為焊接工藝條件，通過試驗確定熱源模型；利用焊件上、下表面的溫度場檢測結(jié)果來驗證模擬計算的準(zhǔn)確性；分析焊接工藝參數(shù)對焊接溫度場的影響；應(yīng)用彈塑性力學(xué)理論及有限元方法進(jìn)行焊接應(yīng)力場和位移場的數(shù)值模擬；建立了基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)值模擬的焊縫偏差模型并應(yīng)用于焊縫跟蹤。 基于對各種數(shù)值計算方法和焊接熱源模型的分析，針對實際焊接工藝中的焊縫間隙和焊炬

2、偏離焊縫中心問題更為普遍存在的事實，建立了應(yīng)用雙橢圓形熱源模型的三維有限元數(shù)值分析模型。主要以焊接電流、焊接速度、焊縫間隙以及焊炬偏離焊縫中心的偏心距四個焊接工藝參數(shù)作為考察變量，選擇低碳鋼作為試驗材料，利用紅外測溫儀測量焊件正面多個測點(diǎn)的熱循環(huán)曲線，以此來修正雙橢圓分布熱源模型參數(shù)，將有限元解同實驗結(jié)果進(jìn)行了比較，兩者基本吻合，表明了該分析模型的有效性。 在數(shù)值計算中，考慮了材料熱物性、彈性模量和屈服應(yīng)力等物理和力學(xué)性能依賴于

3、溫度變化的非線性問題，同時提出了熔化潛熱問題的處理方法。 在試驗研究中，為了減少試驗次數(shù)，采用了正交設(shè)計方案。以測量點(diǎn)熱循環(huán)中的峰值溫度為代表，并結(jié)合正交試驗理論，分析了上述四個工藝參數(shù)對于溫度場的影響次序，結(jié)果表明焊炬偏心距對焊接溫度場的影響很大，而這一點(diǎn)，是以往的溫度場數(shù)值研究中所忽視的，需要引起注意。 以三維溫度場有限元數(shù)值解為基礎(chǔ)，應(yīng)用熱彈塑性有限元方法，得到了不同時刻熱應(yīng)力場的演化歷史和位移場的分布，分析了焊接

4、電流、焊接速度和焊炬偏心距等工藝參數(shù)對應(yīng)力場和位移場的影響，為焊接殘余應(yīng)力和變形的進(jìn)一步研究打下了良好的基礎(chǔ)。 焊接溫度場的實時檢測為實現(xiàn)焊接過程的動態(tài)監(jiān)測和進(jìn)一步的焊接質(zhì)量控制提供了基礎(chǔ)。為了保證焊接質(zhì)量，動態(tài)跟蹤焊炬的位置是相當(dāng)重要的。利用背面溫度場滯后信息，通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立了焊炬偏心距與多組工藝參數(shù)之間的智能模型，探討了用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來表征輸入輸出量間定量關(guān)系的方法和效果。試驗和數(shù)值模擬結(jié)果表明了背面等溫線寬度