6063铝合金t型焊接接头的变形及损伤行为

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1、硕{j学位论文摘要铝合金汽车车身的轻量化是节能环保型汽车的发展方向，开发铝合金新材料，研究铝合金材料的可焊性，分析铝合金焊接接头力学性能及其变化的规律是研究的热点问题。角焊缝是焊接结构的主要连接形式之一，在铝车身框架结构的连接中由角焊缝组成的T型焊接接头已得到广泛应用，但其组织、性能和受力状态的复杂性影响着整个车身框架结构的性能。围绕上述问题，通过力学性能试验、微观断口观察与有限元模拟相结合的方法，对6063铝合金单面角焊缝T型接头的变形及损伤行为进行了研究：首先，考虑到挤压材料的各向异性效应，对6063铝合金型材与挤压方向成不同角

2、度方向上的材料力学性能进行了表征，结果表明：挤压方向对铝合金材料的各向异性影响较小，为后续试验的取样方式及有限元模拟提供必要的理论依据。通过拉伸和剪切试验对铝合金母材进行力学性能表征。宏观试验结果表明：平板拉伸时的断裂应变大于缺口拉伸时的断裂应变，而平板拉伸时的屈服应力小于缺口拉伸时的屈服应力，在剪切时材料的剪切断裂应变远大于平板拉伸时的断裂应变。通过断口观察发现：随着三向应力度的增大，韧窝断裂机制增加，剪切断裂机制减小。拉伸断口主要以韧窝为主，而剪切断口是以大型剪切韧窝和剪切面为主。有限元模拟时，损伤模型的选择要考虑三向应力度的影

3、响。另外，模拟时的损伤参数对网格尺寸敏感。其次，通过双孔微剪切试验对铝合金T型接头局部材料力学性能进行表征。采用TIG焊制备出试验用铝合金T型接头，由于接头各微区组织和力学性能存在较大差别，利用金相试验和双孔微剪切法分别对T型接头的立板和底板各微区的宽度进行测定以及材料性能进行表征，结果表明：双孔微剪切装置能较好地测定T型接头的局部材料力学性能，其重复性试验结果的最大误差值为1．07％，并且制样简单，试验精度较高；利用有限元反推法与试验相结合，获得接头各微区的力学性能参数及Johnson．cook损伤模型参数，为T型接头力学性能试验

4、的有限元模拟提供建模的依据。最后，通过三维实体造型软件Solidworks设计出实现T型接头不同角度拉伸试验的试样及夹具，并进行拉伸试验和断口观察，结果表明：除0度拉伸曲线以外，其它的四条曲线在塑性变形过程中出现了一个“小平台”，即随着位移量的增加试样所承受的载荷出现上升的现象，这是由于在焊接过程中产生的薄弱环节和局部缺陷的影响造成的。T型接头拉伸断口观察表明：试样的宏观断裂主要发生在T型接头立板的软化区，但是由于材料力学性能的不均匀性导致微观断口存在明显差别。T型焊接接头在0度、30度、45度和60度拉伸时，都经历拉伸一弯曲一断裂

5、的过程，断口主要由脆性断裂小面和韧窝组成。其中，在60度拉伸时由于弯曲形成撕裂，断口上存在大量撕裂的韧窝。T型焊接接头在90度拉伸时，没有经历弯曲的过程，断口上除了一小部分脆性断裂小面以6063铝合令T型焊接接，：的变形及损伤行为外，主要分布着大量的韧窝，属于正断型断裂。加入G．T-N损伤模型对T型接头在不同应力状态下的损伤行为进行了有限元模拟分析，结果表明：模拟与试验曲线吻合的较好，T型接头的损伤演化及失效行为与试验结果一致，G．T-N损伤模型能够很好的模拟T型接头在不同应力状态下的损伤行为；随着焊缝相对宽度的增大，断裂应变也随之

6、增大，最大等效塑性应变也从母材和热影响区一侧转向焊缝一侧，但孔洞体积分数VVF基本没有变化。T型接头的试验与有限元模拟对以后进行整车的碰撞模拟分析具有实际的实用价值，但要得到更加准确的模拟结果，需要实现焊接接头材料属性的连续化，要从焊接时的模拟分析开始，把焊接模拟分析的数据作为力学性能模拟的前提，建立焊后的材料模型。关键词：铝合金；T型焊接接头；材料表征；应力状态；损伤；有限元模拟硕fj学位论文皇曼曼曼曼曼!曼曼曼曼!l一_一II曼曼曼曼!曼曼曼曼曼曼!曼曼AbstractLightweightaluminumalloybodyfr

7、amestructureisdirectionofdevelopmentonenergy—savingenvironment-friendlyvehicle，Studyingofweldabilityofaluminumalloyandanalysisofmechanicalpropertiesofaluminumalloyweldedjointanditschangesisahottopic．Filletweldedstructureisthemainformofconnectivity,thefilletformedbytheT

8、-weldedjointshasbeenwidelyusedinthealuminumframebodyconnection．However,thecomplexityofitsorganization，performanceands