Fe-Mn-Si形狀記憶合金激光焊接的三維數(shù)值模擬.pdf

1、Fe-Mn-Si形狀記憶合金是一種兼有形狀恢復(fù)與驅(qū)動(dòng)的功能材料,它具有價(jià)格低廉、力學(xué)性能好的特點(diǎn)。為了獲得廣泛的工業(yè)應(yīng)用,Fe-Mn-Si形狀記憶合金焊接性能的研究勢(shì)在必行。目前,關(guān)于該合金焊接方面的研究不多且大都是具體的工藝試驗(yàn)研究,對(duì)其具體的焊接熱過(guò)程的研究還未見報(bào)道,而焊接接頭的力學(xué)性能和組織轉(zhuǎn)變都與焊接過(guò)程中的溫度場(chǎng)和應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)分布息息相關(guān),而這些數(shù)據(jù)很難通過(guò)試驗(yàn)獲得。因此,本文利用有限元方法,基于Ansys平臺(tái),通過(guò)建立合理的

2、熱源模型,對(duì)Fe-Mn-Si形狀記憶合金平板激光對(duì)接焊的動(dòng)態(tài)溫度場(chǎng)和應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的三維分布進(jìn)行數(shù)值模擬。
　　 根據(jù)激光深熔焊的特點(diǎn)并考慮Fe-Mn-Si形狀記憶合金材料參數(shù)的非線性、相變潛熱、邊界換熱條件等因素的影響,建立了表面高斯熱源和錐形體熱源結(jié)合的復(fù)合熱源模型,利用Ansys中的APDL參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言,編制用于實(shí)現(xiàn)焊接熱源加載和移動(dòng)的子程序,建立起了平板對(duì)接激光焊接溫度場(chǎng)三維數(shù)值計(jì)算模型。利用模擬焊縫尺寸與實(shí)際焊縫尺寸的對(duì)

3、比,驗(yàn)證了所建計(jì)算模型的正確性。
　　 通過(guò)Fe-Mn-Si形狀記憶合金激光焊接溫度場(chǎng)模擬計(jì)算,得到了激光功率和焊接速度等參數(shù)對(duì)熔池形貌和焊縫正反面尺寸的影響規(guī)律。與具體的試驗(yàn)焊縫形貌對(duì)比可得,模擬計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果的一致性較好,誤差值小于12%,因而證明該模型可以用于激光焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化選擇,并能預(yù)測(cè)焊縫尺寸和焊接質(zhì)量。
　　 在Fe-Mn-Si形狀記憶合金激光焊接溫度場(chǎng)計(jì)算分析的基礎(chǔ)上,利用間接耦合法,模擬了激光焊