超聲沖擊消除殘余應(yīng)力頻率參數(shù)的確定-論文.pdf

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1、第4期(總第185期)機(jī)械工程與自動(dòng)化No．42014年O8月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONAug。文章編號(hào)：1672—6413(2014)04—0032—02超聲沖擊消除殘余應(yīng)力頻率參數(shù)的確定崔高健，鄭強(qiáng)，呂婷婷，王元民(長(zhǎng)春5--業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，吉林長(zhǎng)春130012)摘要：建立模擬焊接過程的三維有限元模型，得到了焊接殘余應(yīng)力的應(yīng)力場(chǎng)分布，通過對(duì)此焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)的分布進(jìn)行研究，可以對(duì)焊接結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和使用性能進(jìn)行預(yù)測(cè)。應(yīng)用ANSYS的模態(tài)分析功能，得到了模型的固有頻率，在固有頻率下進(jìn)行超聲沖擊消

2、除殘余應(yīng)力會(huì)得到較好的效果，并驗(yàn)證了輸入頻率大于固有頻率時(shí)，超聲沖擊消除殘余應(yīng)力的效果與在固有頻率下沖擊的效果差別不大關(guān)鍵詞：有限元模擬；超聲沖擊；殘余應(yīng)力；固有頻率中圖分類號(hào)：TG44：TP391．77文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A0引言分析功能，通過對(duì)流體和結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)計(jì)算的假設(shè)，可目前消除焊接殘余應(yīng)力的方法主要有熱處理法、分析得到構(gòu)件的固有頻率，從而找到合適的超聲沖擊錘擊法、振動(dòng)時(shí)效法、拋丸處理法和機(jī)械拉伸法等，也消除殘余應(yīng)力頻率。可多種方法結(jié)合使用。但這些方法都存在不足，因此2．2模型的建立及求解需要一種有效的消除殘余應(yīng)力的方法。近些年，超

3、聲試驗(yàn)中選取型號(hào)為6061一T651的鋁合金型材，這波消除殘余應(yīng)力技術(shù)逐漸受到人們的關(guān)注，伴隨著計(jì)種材料主要用于船舶、汽車車身板和軌道車輛等，其具算機(jī)和有限元技術(shù)的成熟應(yīng)用，利用有限元軟件進(jìn)行有良好的焊接性能，且具有較高的綜合性能和經(jīng)濟(jì)性。數(shù)值模擬已成為工程領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。本文通過模擬中擬將兩塊尺寸相同的鋁合金板焊接在一起(焊ANSYS軟件對(duì)焊接過程進(jìn)行有限元數(shù)值模擬，以期獲板尺寸為800mm×500mm×8ram)，焊料為純鋁焊得較好的超聲沖擊消除殘余應(yīng)力的頻率參數(shù)。絲，焊接接頭處擬采用對(duì)接接頭形式。將鋁合金及純1超聲消除殘余應(yīng)

4、力機(jī)理及影響因素鋁材料在各溫度下的材料密度、泊松比、熱導(dǎo)系數(shù)、線在焊接過程中，焊縫及近焊縫區(qū)域在加熱冷卻過膨脹系數(shù)及比熱容設(shè)為常數(shù)，在數(shù)值計(jì)算中，假定左、程中產(chǎn)生了很大的塑性變形，而這種塑性變形的大小右邊界給定20℃的溫度約束，無對(duì)流和輻射，鋁合金在材料內(nèi)部和表面是不一致的，兩部分塑性變形的差焊板的初始溫度設(shè)定為2O℃，焊料(純鋁)焊上去后的異相互牽制形成應(yīng)力場(chǎng)，導(dǎo)致了焊接殘余應(yīng)力的產(chǎn)生。初始溫度是1500℃。因?yàn)楹附訒r(shí)產(chǎn)生的能量密度非影響超聲波沖擊消除殘余應(yīng)力效果的因素有很常大，加熱的有效區(qū)域又非常小，所以在進(jìn)行網(wǎng)格劃分多，包括超

5、聲波的頻率、振幅，沖擊的位置、速度、時(shí)間時(shí)，在遠(yuǎn)離焊縫的區(qū)域選擇較大尺寸的網(wǎng)格，網(wǎng)格單元及沖擊頭的大小等。本文探討沖擊頻率為多大時(shí)可以長(zhǎng)度為0．05m；在焊縫區(qū)采用局部加密處理，網(wǎng)格單得到較理想的效果。元長(zhǎng)度為0．025rn，并向周邊盡量均勻過渡。在選取2焊接過程的有限元數(shù)值模擬單元類型時(shí)為保證應(yīng)力、溫度兩個(gè)自由度的相容，選用2．1焊接有限元理論了4節(jié)點(diǎn)的Planel3耦合場(chǎng)單元類型。圖1為劃分網(wǎng)有限元數(shù)值模擬技術(shù)在焊接領(lǐng)域中的突出應(yīng)用是格及加載后的有限元模型。焊接過程的數(shù)值模擬。它不僅要考慮有限元數(shù)值模擬技術(shù)的基本原理，還要考慮焊

6、接過程自身的特點(diǎn)，只有這樣模擬出來的結(jié)果才能對(duì)實(shí)際生產(chǎn)具有參考價(jià)值。焊接過程是一個(gè)連續(xù)操作的過程，為了模擬焊接，就必須要用生死單元和熱一結(jié)構(gòu)耦合分析功能來進(jìn)行圖1劃分網(wǎng)格及加載盾的有限元模型焊接過程的模擬，而生死單元中又包含大變形理論，因本次模擬中，采用POST1通用后處理器，得到的此可以對(duì)焊縫區(qū)采用子模型技術(shù)，同時(shí)劃分網(wǎng)格時(shí)要焊接殘余應(yīng)力分布如圖2所示。對(duì)焊縫區(qū)域的網(wǎng)格進(jìn)行加密處理。超聲波消除焊接殘從圖2可以看出：在焊接過程中焊縫左、右邊界處余應(yīng)力以動(dòng)力學(xué)為基礎(chǔ)，將一定頻率的超聲波轉(zhuǎn)化成應(yīng)力在不斷增大；焊接后材料內(nèi)部最大殘余應(yīng)力發(fā)

7、生振動(dòng)加人到焊接過程的模擬中。應(yīng)用ANSYS的模態(tài)收稿日期：2013—1l一25；修回日期：2014—01—3o作者簡(jiǎn)介：崔高健(1970一)，男，吉林白城人，教授，博士，研究方向?yàn)闄C(jī)械智能檢測(cè)。