2A12铝合金薄板熔焊对接接头大变形及失效力学行为研究

论文摘要

随着汽车工业的发展,为适应汽车轻量化的要求,中高强度铝合金广泛应用于新一代车体中,相应的,铝合金焊接接头亦被大量引入到车辆结构中。铝制汽车框架结构ASF成为研究热点。其中铝合金接头变形及损伤失效行为对整车安全至关重要,需要进行细致深入的研究。因此,本文主要针对铝合金2A12的熔焊接头的制备及力学性能表征展开研究。重点分析了接头在不同应力状态下的变形及断裂行为,获得了接头在拉伸、剪切及混个应力状态下的断裂形式及断口形貌特征,并采用有限元技术对接头不均匀变形及损伤起始进行了模拟。在整个材料表征中,首先采用传统的硬度测试及金相观察方法判定熔合区是焊接接头最薄弱的区域,然后利用直接方法即通过接头的横向、纵向光滑拉伸获得接头微区的力学性能,再采用微冲压实验结合有限元模拟间接获得接头各个区域力学性能,通过比较研究了二者的优缺点。在此基础上,通过缺口拉伸试验测试了熔焊对接接头在不同的应力状态下的变形及断裂形式以及对断口形貌特征:发现在光滑拉伸状态下,接头的断口形貌均是沿晶断裂,而在纯剪应力状态时接头的断口出现比较平滑的剪切肌,属于韧性断裂。而在混合应力状态时接头的断口出现少量大而浅的韧窝,在韧窝周围会出现舌状花样的解理断裂。说明在不同的应力状态下接头的断裂形式不同,同时利用ABAQUS有限元模拟验证了这个结果的正确性。本实验为研究焊接接头的失效分析提供了一定的理论依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究目的及意义综述
• 1.2 材料力学性能表征及意义
• 1.2.1 材料力学性能的表征方法
• 1.2.2 力学性能表征的必要性
• 1.3 力学性能测试
• 1.3.1 局部力学性能测试
• 1.3.2 铝合金不均匀焊接接头的力学性能评价
• 1.3.3 铝合金结构焊接性能的研究现状
• 1.4 不同应力、应变状态下铝合金的损伤、断裂研究现状
• 1.5 有限元模拟的研究现状及必要性
• 1.5.1 有限元模拟的研究现状
• 1.5.2 有限元模拟的必要性
• 1.6 课题的提出
• 1.6.1 课题来源
• 1.6.2 本论文的主要研究内容
• 第2章 铝合金2A12 薄板接头制备及力学性能测试
• 2.1 铝合金2A12 的焊接工艺
• 2.1.1 焊接工艺分析
• 2.1.2 焊接缺陷分析
• 2.2 接头的力学性能分析
• 2.2.1 硬度实验
• 2.2.2 强度分析
• 2.2.2.1 母材及接头的单向拉伸试验
• 2.2.2.2 拉伸断口分析
• 2.3 金相组织分析
• 2.3.1 试样抛光及腐蚀
• 2.3.2 显微组织分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 铝合金2A12TIG 焊接接头的局部力学性能测试
• 3.1 引言
• 3.2 接头局部力学性能直接测定方法
• 3.2.1 纵向焊缝拉伸试样制备及实验条件
• 3.3 材料局部力学性能间接测定方法
• 3.3.1 微冲压实验装置
• 3.3.2 微冲压实验载荷位移曲线的特征
• 3.4 结果分析及比较
• 3.4.1 纵向拉伸试验结果分析
• 3.4.2 微冲压结果分析
• 3.4.3 直接方法与间接方法的精度分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 不同应力状态下2A12 焊接接头的变形及损伤行为分析
• 4.1 引言
• 4.1.1 铝合金的韧窝断裂和剪切断裂
• 4.2 试样的制备及实验方法
• 4.3 实验结果
• 4.4 讨论分析
• 4.5 不同应力状态对断口组织及形貌的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 不同应力状态下接头的不均匀变形和断裂的力学性能有限元分析
• 5.1 引言
• 5.2.1 光滑拉伸试样的有限元模拟
• 5.2.2 结果分析及讨论
• 5.3 纯剪状态下拉伸试样的有限元模拟
• 5.3.1 有限元建模
• 5.3.2 结果分析及讨论
• 5.4 混合应力状态下拉伸试样的有限元模拟
• 5.5 结论
• 5.6 本章小结
• 第6章 主要结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士期间发表论文