铝合金电阻点焊过程的数值模拟

论文摘要

铝合金由于密度小、比强度大等优点,深受汽车制造、航空航天等领域的青睐。但是,铝合金电阻点焊所存在焊点质量和电极寿命问题限制了其在这些领域内的推广应用。电阻点焊过程机理研究是解决这些问题的基础。因为电阻点焊的瞬时性使得试验研究焊点形成过程十分困难,而单纯的数值模拟不能保证结果的可信性。所以本文采用数值模拟和少量的试验验证相结合的方法对铝合金点焊熔核形成过程机理进行了研究,分析了铝合金点焊过程中的力、热、电耦合行为,为解决铝合金电阻点焊质量问题提供理论依据。本文根据弹塑性理论和接触理论,建立了锥台形电极条件下铝合金电阻点焊预压接触分析的轴对称有限元模型,对预压阶段的接触行为进行了数值分析,获得了铝合金电阻点焊接触面的初始导电区域。在此基础上,根据描述点焊过程的基本方程,基于有限元理论,建立了描述铝合金点焊熔核形成过程力、热、电耦合行为的轴对称有限元模型。通过APDL参数化编程语言实现了锥台形电极条件下铝合金点焊过程的力、热、电耦合分析。模型中考虑了材料随温度变化的热物理性能,考虑了相变潜热等影响因素,并对铝合金点焊过程中接触面、电流密度、温度场的变化规律进行了定量分析。在上述数值模拟结果的基础上,采用与数值模拟相同的焊接条件进行了电阻点焊实验,对铝合金点焊熔核进行了测定,并将计算结果与实测结果比较。结果证明:在熔核形状、直径、熔深等方面两者均吻合良好,从而验证了本文所建模型和计算结果的准确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• §1-1 研究背景及意义
• 1-1-1 铝合金电阻点焊研究的必要性
• 1-1-2 铝合金电阻点焊所存在的问题
• §1-2 电阻点焊过程数值模拟的研究进展
• 1-2-1 电阻点焊过程数值模拟的发展
• 1-2-2 电阻点焊过程数值模拟存在的问题和发展趋势
• §1-3 本论文的研究目的和内容
• 第二章 铝合金电阻点焊预压接触分析
• §2-1 有限元弹塑性接触分析
• 2-1-1 弹塑性分析
• 2-1-2 接触分析
• 2-1-3 弹塑性接触分析
• §2-2 铝合金电阻点焊预压接触分析有限元模型
• 2-2-1 模型的假设条件
• 2-2-2 实体模型的建立、网格划分和接触单元的处理
• 2-2-3 边界条件及载荷
• §2-3 铝合金电阻点焊预压接触模拟结果及其分析
• §2-4 电极压力对铝合金电阻点焊预压接触行为的影响
• §2-5 本章小结
• 第三章铝合金电阻点焊熔核形成过程的有限元模拟
• §3-1 铝合金电阻点焊过程
• §3-2 铝合金电阻点焊过程有限元模型的建立
• 3-2-1 电阻点焊问题的简化与假设
• 3-2-2 建立铝合金电阻点焊数学模型的基本方程
• 3-2-3 几何模型的网格划分与边界条件
• §3-3 铝合金电阻点焊有限元模拟中的关键技术处理
• 3-3-1 接触电阻的处理
• 3-3-2 相变潜热问题的处理
• 3-3-3 材料性能参数
• §3-4 数值计算和结果分析
• 3-4-1 铝合金电阻点焊过程力、热、电行为的耦合方法
• 3-4-2 铝合金电阻点焊过程力、热、电数值模拟计算流程
• 3-4-3 温度场分析
• 3-4-4 电场分析
• 3-4-5 工件间接触区域的变化
• §3-5 本章小结
• 第四章 试验验证
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文