鋁合金薄壁箱體成型的數(shù)值模擬研究.pdf

1、鋁合金薄壁箱體在航空領(lǐng)域薄壁件中具有代表意義，其大量的應(yīng)用于軍工產(chǎn)品和航天飛行器中。本文所研究的薄壁箱體經(jīng)過熔模鑄造后焊接而成，由于構(gòu)件受工作環(huán)境的限制，鑄造出現(xiàn)的任何縮孔縮松現(xiàn)象和焊接產(chǎn)生的殘余變形將會(huì)影響整個(gè)設(shè)備的使用壽命，因此對產(chǎn)品進(jìn)行縮孔縮松和變形的預(yù)測尤為重要。傳統(tǒng)做法是通過多次實(shí)驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證，而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的青睞。
　　 本文針對鋁合金薄壁箱體的成型進(jìn)行深入的研究，內(nèi)容如下

2、:
　　 1.利用ProCAST軟件模擬薄壁箱體的鑄造成型過程，通過模擬比較選擇澆注速度為0.20m/s，澆注溫度為750℃和初始溫度為400℃為最優(yōu)方案，結(jié)果表明縮孔縮松缺陷現(xiàn)象僅在澆口和冒口處出現(xiàn)，并不影響鑄件的質(zhì)量，從理論上支持了澆注系統(tǒng)的合理設(shè)計(jì)，為后續(xù)的焊接模擬打下良好基礎(chǔ)。
　　 2.利用ANSYS軟件模擬鑄造工藝口的焊接過程，建立有限元模型，采用不同網(wǎng)格尺寸劃分的方法，靠近焊縫處的網(wǎng)格尺寸為2mm，而遠(yuǎn)離焊

3、縫處的網(wǎng)格尺寸為6mm，通過定義隨著溫度變化的熱焓來解決熔化潛熱問題，采用雙橢球熱源分布模擬脈沖氬弧焊的熱源分布，再現(xiàn)了不同時(shí)刻溫度場的分布狀況和應(yīng)力場中各點(diǎn)應(yīng)力的變化情況，利用生死單元技術(shù)模擬焊縫中材料的添加和刪除。
　　 3.通過APDL語言成功實(shí)現(xiàn)了模擬過程的三個(gè)階段:起焊停留、平穩(wěn)焊接及停弧過程。分析了焊接速度對焊接溫度場和焊接熔池的影響，從而選擇最佳焊接速度為v=6mm/s。
　　 4.焊縫中心存在最大殘余拉應(yīng)

4、力為153.6MPa，在遠(yuǎn)離焊縫處存在壓應(yīng)力，且最大值為83.9MPa。在薄壁箱體封閉矩形板的中心區(qū)域，縱向殘余應(yīng)力和橫向殘余應(yīng)力幾乎相等，易出現(xiàn)焊接變形、裂紋等缺陷。焊縫AB、焊縫CD的橫向收縮和焊縫AC、焊縫BD的縱向收縮引起了箱體上表面的翹曲變形，由模擬可知Z軸方向上的變形量最大為0.350mm，而實(shí)際測量值為0.361mm，兩者存在著一定的偏差。
　　 5.結(jié)果表明計(jì)算值與實(shí)測值基本吻合，為ProCAST和ANSYS數(shù)值