论文摘要
具有毛细管板接头的钎焊结构件——6139T和6204T散热器,是航空飞机发动机的重要组成部分。采用传统的真空炉中钎焊对此类构件进行钎焊时,由于需要对基体和钎料整体同时加热,且加热冷却时间长,难以满足结构件的设计和性能要求,而电子束钎焊作为一种综合电子束加工和真空钎焊优点的新型焊接方法,具有高效、节能和零件变形小等优点,适合此类结构件的焊接。本文根据电子束钎焊的特点,将电子束点热源转化为扫描加热时的面热源,针对散热器高温下温度实时测量和残余应力实测困难这一问题,建立了二维有限元模型,以热—弹塑性理论为基础,利用ANSYS软件对6139T和6204T散热器分别按两种电子束钎焊工艺钎焊的温度场和应力场进行了数值模拟,对于指导实际的生产具有重要的价值和意义。取得的主要结果和结论为:(1)温度场计算结果表明,对于6139T散热器,采用分阶段加热钎焊工艺,而对于具有较大尺寸的6204T散热器,采用温差法加热钎焊工艺时,均获得了均匀的钎焊面温度分布,且在钎焊温度范围之内,证明所建立的有限元分析模型是合理的。(2)6139T散热器电子束钎焊应力场计算结果表明,对于径向残余应力,采用直接加热钎焊工艺,钎焊面上出现明显的应力集中区域;而采用分阶段加热钎焊工艺,钎焊面上没有应力集中区出现,且应力变化曲线比直接加热钎焊工艺平缓得多。对于周向残余应力,分阶段加热与直接加热钎焊工艺相比,拉应力峰值减小了11.2%。(3)6204T散热器电子束钎焊应力场计算结果表明,对于径向残余应力,采用温差法加热钎焊工艺的应力变化曲线比分阶段加热钎焊工艺平缓一些;对于周向残余应力,温差法加热与分阶段加热钎焊工艺相比,拉应力峰值减小了13.4%。(4)无论6139T还是6204T散热器,两种电子束钎焊工艺的周向和径向残余应力对比表明,周向残余应力的拉应力峰值都大于径向残余应力的,也就是说钎焊面的危险部位沿圆周方向,即电子束扫描加热的方向。
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摘要Abstract第一章 绪论1.1 课题的提出和研究意义1.2 电子束钎焊的基本原理及特点1.2.1 电子束钎焊的基本原理1.2.2 电子束钎焊的特点1.2.3 国内外电子束钎焊技术的发展概况1.3 国内外电子束钎焊温度场和应力场的研究现状1.3.1 国内外电子束钎焊温度场的研究现状1.3.2 国内外电子束钎焊应力场的研究现状1.4 本文主要研究内容第二章 数值模拟技术和有限元计算基础理论2.1 数值模拟技术和ANSYS 软件简介2.1.1 数值模拟技术2.1.2 ANSYS 有限元软件2.1.3 ANSYS 热分析2.2 温度场计算的基本理论2.2.1 温度场的变分问题2.2.2 空间域的离散化2.2.3 时间域的离散化2.3 热—弹塑性分析的基本理论2.3.1 应力—应变关系2.3.2 单元刚度矩阵及等效节点载荷的形成2.4 应力场有限元计算的基本方法和步骤2.4.1 热应力分析的基本方法2.4.2 热应力分析的基本步骤第三章 6139T 散热器电子束钎焊温度场和应力场数值模拟3.1 6139T 散热器电子束钎焊工艺过程3.1.1 6139T 散热器简介3.1.2 电子束钎焊工艺过程3.2 电子束钎焊温度场有限元分析过程3.2.1 电子束钎焊过程传热分析3.2.2 热输入及散热边界条件分析3.2.3 材料热物理性能参数的确定3.2.4 有限元模型3.2.5 施加载荷和求解计算3.3 6139T 散热器温度场计算结果3.3.1 6139T 散热器两种钎焊工艺的热循环曲线3.3.2 6139T 散热器两种钎焊工艺的温度分布云图3.4 电子束钎焊应力场有限元计算3.4.1 有限元模型3.4.2 材料力学性能参数的确定3.4.3 计算过程3.5 6139T 散热器应力场计算结果3.5.1 两种钎焊工艺的残余应力分布云图3.5.2 两种钎焊工艺的径向和周向残余应力对比曲线3.6 小结第四章 6204T 散热器电子束钎焊温度场和应力场数值模拟4.1 6204T 散热器电子束钎焊工艺过程4.1.1 6204T 散热器简介4.1.2 电子束钎焊工艺过程4.2 6204T 散热器电子束钎焊温度场有限元计算4.2.1 有限元模型4.2.2 6204T 散热器温度场计算结果4.3 6204T 散热器电子束钎焊应力场计算结果4.3.1 两种钎焊工艺残余应力分布云图4.3.2 两种钎焊工艺的径向和周向残余应力对比曲线4.4 小结第五章 全文总结参考文献攻读硕士学位期间完成的主要成果
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