超声冲击对焊接残余应力影响数值模拟

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1、国内图书分类号：TG404学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文超声冲击对焊接残余应力影响的数值模拟硕士研究生：李铁生导师：方洪渊教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2009年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG404U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALSIMULATIONOFULTRASONICIMPACTTREATMENTONWEL

2、DINGRESIDUALSTRESSCandidate：LiTieshengSupervisor：Prof.FangHongyuanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsScienceandEngineeringDateofDefence：June,2009Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTe

3、chnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要超声冲击是一种非常有效的降低焊接残余应力的方法，有利于提高焊接结构的疲劳强度，在工程中应用比较广泛。然而，在实际应用中，由于多种因素的制约和影响，使得超声冲击降低焊接残余应力的研究存在许多局限性。本文采用数值模拟技术，在弹塑性有限元分析软件MSC.Marc基础上，对超声冲击降低焊接残余应力进行了初步研究。以单点冲击模拟研究了超声冲击降低焊接残余应力的机理：即在冲击头撞击焊缝区域的过程中，冲击作用使得焊缝表层受到挤压产生了深度方向的压缩应变，而在平行板面的方向上，冲击位置焊缝表面及内部的局部

4、区域产生一定的塑性伸长，释放了焊接过程产生的残余拉伸弹性应变，减小了焊缝变形量，并释放了焊接残余应力。连续冲击模拟结果表明：冲击后平板上表面的应力以及焊趾部位的应力都有明显降低。焊趾处的超声冲击作用，焊接纵向残余应力由拉应力转变为压应力，同时带动焊缝区域也处于压应力状态。由于这个区域拉应力的降低，导致了与之相邻近的热影响区区域的应力也出现了一定幅度的降低。整体而言，最大拉应力已经低于材料的屈服强度。同时最高应力的范围也有一定的缩小，应力最危险的位置转移到母材内部。同样，焊接横向残余应力有明显降低。尤其是邻近焊缝及焊趾部位的残余应力由原来的

5、拉应力状态，转变为压应力状态。研究了冲击参数对于焊接残余应力的影响，冲击焊趾降低残余应力效果好于焊缝和热影响区；随着冲击振幅的增大，冲击效果越发显著。当振幅为50µm时，冲击效果达到最好；随着冲击头直径增大，冲击后残余应力降低范围也随之增大，但残余应力降低的数值并不明显；随着冲击频率增大，冲击效果逐渐明显。当频率为20Hz时，冲击效果达到最好。T型接头数值模拟结果表明：焊缝纵向、横向残余应力均发生明显下降，在焊趾部位形成残余压应力，且纵向残余应力的降低幅度要大于横向残余应力的降低幅度。采用超声波法测量了T型接头焊接残余应力，揭示了超声冲击

6、降低焊接残余应力的趋势。关键词：超声冲击；焊接残余应力；有限元分析；E36低合金钢-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsakindofeffectivemethodofreducingweldingresidualstress,ultrasonicimpact(UI)treatmenthelpstoimprovethefatiguestrengthofweldedstructure,soitiswidelyusedinengineeringfields.Butinpracticalapplication,thereism

7、uchlimitationintheresearchofweldingresidualstressreducedbyultrasonicimpactduetotherestrictionofmultiplefactors.Inthispaper,basedontheelastic-plasticfiniteelementsoftware,MARC,thenumericalsimulationtechnologyisemployedtostudyweldingresidualstressreducedbyultrasonicimpact.O

8、nthebasisofcontactmechanicstheory,theFEMmodelofultrasonicimpactwasestablishedusingimpact-contact