焊接變形高精度測量方法的研究.pdf

1、金屬材料的焊接過程是一個(gè)冷卻速度非常快的非線性過程。整個(gè)焊接熱循環(huán)的過程中的不均勻的溫度場和局部塑性變形和比容不同的組織導(dǎo)致金屬材料焊接結(jié)構(gòu)件不可避免的發(fā)生焊接變形。然而通過簡單的經(jīng)驗(yàn)公式不能夠精確的預(yù)測焊接過程中發(fā)生的焊接變形，特別是大型復(fù)雜的金屬材料焊接件的焊接變形。伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于有限元分析的方法被廣泛的應(yīng)用到計(jì)算焊接變形的領(lǐng)域。當(dāng)前基于有限元分析的焊接變形預(yù)測方法主要有兩種。一種是熱-彈-塑性有限元法，另一種方法是基

2、于固有應(yīng)變理論的彈性有限元法。由于熱-彈-塑性有限元法運(yùn)算量大、速度慢，只適用于預(yù)測中小型焊接件的焊接變形。而固有應(yīng)變法不著眼整個(gè)焊接和冷卻過程，而是將固有變形當(dāng)作初始應(yīng)變進(jìn)行彈性有限元分析，在預(yù)測大型焊接件焊接變形方法中固有應(yīng)變法得到了更為廣泛的運(yùn)用。
　　本文系統(tǒng)地闡述了熱彈塑性有限元理論、固有應(yīng)變有限元理論和固有變形的逆解析原理?；诟咝?、高精度的數(shù)值模擬研究背景，本文采用基于有限元分析的固有變形逆解析方法來獲取金屬材料焊接

3、結(jié)構(gòu)件的固有變形。目前測量金屬材料焊接變形的方法多種多樣，本文通過分析靜態(tài)測量的各種方法和瞬態(tài)測量的各種方法，詳細(xì)闡述了這些變形測量方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。為了進(jìn)一步提高固有變形逆解析結(jié)果的精度，本文采用BRTApe×710接觸式三維坐標(biāo)測量儀對金屬薄板焊接變形進(jìn)行測量，提出了獲得金屬焊接結(jié)構(gòu)件中面上三維坐標(biāo)值的計(jì)算方法。即在焊接薄板上選取的標(biāo)志點(diǎn)位置加工小孔，然后在測量這些小孔附近八個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，將測量獲得的坐標(biāo)值經(jīng)過一系列運(yùn)算得到小孔中

4、心的三維坐標(biāo)。將計(jì)算得到的小孔中心三維坐標(biāo)值代入開發(fā)的逆解析程序可以得到金屬薄板的固有變形，最后將金屬薄板的固有變形值代入順解析程序中進(jìn)行固有變形的彈性有限元分析。
　　為了驗(yàn)證該儀器測量結(jié)果的有效性和測量精度是否滿足高精度的要求，本論文以2 mm和3 mm金屬焊接薄板表面堆焊焊接接頭為例，以計(jì)算得到的小孔中心三維空間坐標(biāo)為已知參數(shù)，基于逆解析方法求得了各成分固有變形，并采用固有應(yīng)變法預(yù)測了2 mm和3 mm金屬薄板焊接變形。通過