畢業(yè)論文：橫向超聲隨焊控制鋁合金焊接熱裂紋的數(shù)值模擬研究

華僑大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
學(xué)院：　機電學(xué)院　　　　　　　　　　　　專業(yè)班級： 09材料成型與控制工程　

課題名稱 橫向超聲隨焊控制鋁合金焊接熱裂紋的數(shù)值模擬研究
設(shè)計（論文）類型
（劃√） 工程設(shè)計 應(yīng)用研究 開發(fā)研究 基礎(chǔ)研究 其它
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1、本課題的的研究目的和意義：
在現(xiàn)代的金屬加工中，鋁合金由于具有比強度高、比重輕、易成型、耐腐蝕性等優(yōu)良特性被廣泛應(yīng)用于航空、航天、機械制造等重要結(jié)構(gòu)中。但由于鋁合金本身固有的熱、力學(xué)性能，如較寬的脆性溫度區(qū)間，較大的線膨脹系數(shù)等，使得在焊接加工技術(shù)應(yīng)用于鋁合金薄板結(jié)構(gòu)件時，表現(xiàn)出熱裂傾向嚴重，容易產(chǎn)生熱裂紋，從而給焊接結(jié)構(gòu)的使用安全帶來安全隱患。
一般認為，焊接熱裂紋是冶金因素和力學(xué)因素共同作用引起的，在焊縫金屬結(jié)晶時產(chǎn)生的液態(tài)薄膜是產(chǎn)生焊接熱裂紋的內(nèi)因，而焊縫金屬在脆性溫度區(qū)間內(nèi)存在拉伸應(yīng)變是形成焊接熱裂紋的必要條
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角度出發(fā)，提出了一種防止焊接熱裂紋產(chǎn)生的新方法－焊縫兩側(cè)隨焊同步錘擊法，當焊縫或熱影響區(qū)金屬處于脆性溫度區(qū)間時,在熔池后方一定距離內(nèi)放置一氣錘, 跟隨焊槍后方同步錘擊脆性溫度區(qū)間兩側(cè)金屬。郭紹慶、徐文立等通過數(shù)值模擬對隨焊激冷防止高強鋁合金焊接熱裂紋進行了研究。徐達、許威等提出電磁法隨焊控制熱裂紋的方法，利用電磁產(chǎn)生的徑向分力使焊縫及熱影響區(qū)受到額外的橫向塑性擠壓，抵消焊縫金屬凝固收縮引起的導(dǎo)裂拉伸應(yīng)變，達到控制熱裂紋的產(chǎn)生的目的，外加的超聲波振動能夠改善金屬的結(jié)晶形態(tài)。
功率超聲是超聲學(xué)的一個分支，是利用超聲振動形式的能量使物質(zhì)的一些物理、化學(xué)和生物特性或狀態(tài)發(fā)生改變，或者使這種改變的過程加快的一門技術(shù)。早在20世紀20到30年代，對強超聲的效應(yīng)就進行過大量的實驗，并得到一些很有應(yīng)用前途的結(jié)果。強超聲在媒質(zhì)中傳播時，會產(chǎn)生一系列效應(yīng)，如力學(xué)效應(yīng)、熱學(xué)效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)和生物效應(yīng)等。在力學(xué)效應(yīng)中有攪拌、分散、除氣、成霧、凝聚、沖擊破碎和疲勞損壞作用，由于功率超聲處理技術(shù)在力學(xué)方面具有許多特點，目前有關(guān)超聲波的相關(guān)技術(shù)已逐漸應(yīng)用到材料加工過程的各個領(lǐng)域，如超聲攪拌技術(shù)、超聲塑性成形技術(shù)、超聲去應(yīng)力處理技術(shù)、超聲塑料和金屬焊接等。這些技術(shù)的應(yīng)用表明：外加的超聲波振動能夠改善金屬的結(jié)晶形態(tài)；能夠?qū)崿F(xiàn)在工件上作用一定規(guī)律的超聲振動力分布，進而為本課題的開展提供了一定的理論借鑒和實踐經(jīng)驗。橫向超聲波隨焊控制焊接過程中橫向應(yīng)力應(yīng)變演變的研究方案，是一種利用超聲波振動力實時控制焊接熱裂紋的新方法。
3、 本課題的主要研究內(nèi)容（提綱）和成果形式：

研究內(nèi)容：
 學(xué)習marc數(shù)值模擬軟件，熟悉數(shù)值模擬計算方法；
 利用marc建立常規(guī)焊模型以及橫向超聲控制焊接熱裂紋模型；
 掌握焊接應(yīng)力場、變形的分布規(guī)律；
 分析并比較常規(guī)焊與橫向超聲控制焊接熱裂紋模型的殘余應(yīng)力場。
成果形式：
得出常規(guī)焊接以及橫向超聲的數(shù)值模擬分析結(jié)果，對比分析橫向超聲與常規(guī)焊方法對焊接的殘余應(yīng)力場及變形的影響，最終寫出相關(guān)論文。



4、擬解決的關(guān)鍵問題：

1、如何用marc建立常規(guī)焊接模型與橫向超聲焊接模型；
2、如何用數(shù)值模擬軟件Marc去模擬分析焊接過程；
3、對比同一條件下常規(guī)焊接方法與橫向超聲焊接法對鋁合金焊接進行數(shù)值模擬，對比其結(jié)果中的殘余應(yīng)力場及變形的影響對裂紋的影響。


5、研究思路、方法和步驟：

思路：建立相應(yīng)模型，對比常規(guī)焊接與橫向超聲，得出對比后的焊接的殘余應(yīng)力場及變形的結(jié)果。

方法：數(shù)值模擬

步驟：查閱相關(guān)文獻，了解模型建立的基本方法；學(xué)習數(shù)值模擬軟件，建立有限元模型（網(wǎng)格劃分，再進行邊界條件、工況的定義，初步運算，調(diào)試模型）包括常規(guī)焊和橫向超聲控制焊接熱裂紋模型；分別進行焊接的數(shù)值，對比兩種條件下焊接變形及殘余應(yīng)力場分布情況；撰寫相關(guān)論文。



6、本課題的進度安排：

第一周 — 第四周： 查閱資料、文獻；
第五周 — 第六周： 了解課題及學(xué)習軟件MARC；
第七周 — 第八周： 分別建立常規(guī)焊與橫向超聲控制焊接熱裂紋數(shù)值模擬模型
第九周 — 第十三周： 對常規(guī)焊與橫向超聲控制焊接熱裂紋 ……（未完，全文共5109字，當前僅顯示1794字，請閱讀下面提示信息。收藏《畢業(yè)論文：橫向超聲隨焊控制鋁合金焊接熱裂紋的數(shù)值模擬研究》）