t型接头激光深熔焊热—力学有限元分析

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1、中图分类号：TG456J学校代码：10856学号+:M050312115siliJniversityof硕士学位论文Master^sThesisT型接头激光深熔焊热-力学有限论文题目元分析材料加工工程专业褚振涛作者姓名于治水指导教师完成日期2014年12月中图分类号：TG456.7学校代码：10856学号：M050312115上海工程技术大学硕士学位论文T型接头激光深熔焊热-力学有限元分析作者姓名：褚振涛指导教师：于治水专业：材料加工工程学院：材料工程学院申请学位：工学硕士完成时间：2014年12月评阅人：答辩委员会UniversityCode：10856StudentID:M0503

2、12115NUMERICALSIMULATIONOFTHERMO-MECHANICALBEHAVIORINLASERDEEPPENETRATIONWELDINGOFT-JOINTCandidate:ZhentaoChuSupervisor:YuZhi-shuiMajor:MaterialProcessingEngineeringMaterialEngineeringCollegeShanghaiUniversityofEngineeringScienceShanghai,P.R.ChinaDecember,2014上海工程技术大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所递交的学位论文，是本人

3、在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名:曰期：J月M曰上海工程技术大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海工程技术大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在

4、_年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密3/(请在以上方框内打~”）学位论文作者签名：麵曰期：>/：r年j月卜曰曰期：牢9月j〇曰T型接头激光深熔焊热-力学有限元分析摘要激光焊接“三明治”夹芯板使三明治轻量化结构的优点（高比强度、高比刚度）与激光焊接柔性加工技术的优点（焊缝深宽比大、焊接应力与变形小等）有效结合，满足了激光焊接三明治夹芯板的结构要求和生产效率要求，使三明治夹芯板的模块化生产技术更加成熟，在船舶轻量化中的应用前景更加广阔。本课题以船舶轻量化为研究背景，以T型接头为研究对象，基于ANSYS平台，应用实验和有限元数值模拟的方法，研究了激光深熔焊的热-力学现象。在分析了国内

5、外研究现状的基础上，对激光深熔焊热源模型进行了总结，建立了T型接头温度场模型并对实现算法进行了程序优化，得到了T型接头温度场分布，预测了T型接头焊缝形貌并优化了工艺参数，最后模拟了T型接头激光深熔焊的应力分布，得到了以下结论：综合考虑T型接头的实体模型、网格划分和热源模型的加载，基于APDL（ANSYS参数化设计语言），优化了焊接温度场的实现算法；建立了T型接头综合材料模型，同时考虑了材料属性随温度的变化、熔池对流、相变潜热、材料辐射等问题，使所建模型尽量的接近实际情况。对九种体热源模型进行了对比研究，其中的五种为新建体热源模型，经过对比分析表明，双椭球+柱组合热源模型、锥+柱改进体热

6、源模型及旋体+柱改进体热源模型所得模拟结果的温度场轮廓与实验焊缝轮廓匹配良好，可以准确的模拟T型接头的激光深熔焊加工过程。进一步对新建立的旋体+柱改进体热源模型进行了实验验证，并应用此模型模拟了T型接头激光深熔焊的温度场，得到了焊接过程与冷却过程的温度场变化，研究了焊接熔池的三维形状，讨论了激光功率与焊接速度对焊接熔池形状的影响。为了指导热源模型的选取和简化热源模型参数的确定过程，基于响应面分析建立了激光深熔焊参数与熔深WP、熔宽WW、面板与芯板结合区焊缝的宽度WB之间的数学模型，经方差分析、数据检验、模型实验验证，证明了所建模型I可用于焊缝形貌预测，从而使T型接头热源模型参数的确定过

7、程简单有效；并以焊缝形貌参数和焊接成本为标准对激光深熔焊工艺进行了优化。系统研究了焊接参数对焊缝形貌的影响规律：对于熔深，激光功率影响最显著且为正相关，其次是焊接速度且为负相关，装配间隙单独变化对熔深影响不显著；对于熔宽，焊接速度影响最显著且为负相关，其次是激光功率且为正相关，装配间隙和激光功率的交互作用对熔宽影响显著；对于结合区焊缝宽度，三因素对其都有影响，激光功率和装配间隙的影响较显著。应用生死单元技术对焊接过程中的应力进行了数值模拟，得到