激光焊接殘余應力測量方法及其對加筋壁板承載能力的影響分析.pdf

1、激光焊接技術(shù)實現(xiàn)了桁條與蒙皮結(jié)構(gòu)整體焊接壁板制造，提高了飛行器整體壁板結(jié)構(gòu)的制造水平。然而，焊接熱效應退化了局部的材料性質(zhì)，造成焊接接頭不可避免地存在熱變形和熱殘余應力。本文開展了激光焊接殘余應力測量的輪廓法研究，考慮殘余應力的影響，評估了激光焊接加筋壁板的拉伸承載能力，討論了桁條與蒙皮的失效機理。
　　首先，全面總結(jié)了輪廓法測量殘余應力的基本理論、技術(shù)細節(jié)和影響因素。輪廓法的基本原理是將試件線切割成兩個部分并測量由于殘余應力釋放

2、而產(chǎn)生的輪廓變形；然后將反向的變形輪廓作為位移邊界條件施加給有限元模型，來確定使切割表面被迫回到其原始形狀而產(chǎn)生的應力；應用應力疊加原理確定整個部件的原始殘余應力。該方法是將固體力學理論、實驗和有限元計算三者相互結(jié)合來確定殘余應力的方法，適用于金屬法向全場殘余應力測量。
　　其次，針對6061鋁合金激光對接焊實驗件，經(jīng)過線切割、變形輪廓測量、數(shù)據(jù)光滑擬合、有限元建模、切割面有限元節(jié)點上施加反向輪廓位移進行有限元計算，得到激光焊接實

3、驗件切割面上法向全場殘余應力以及整個截面輪廓變形。結(jié)果表明：焊接實驗件在橫截面方向上的縱向殘余應力大致呈“W”型分布；在焊縫中心處為拉應力，靠近焊縫中心兩側(cè)對稱位置出現(xiàn)最大壓應力，遠離焊縫中心兩側(cè)壓應力趨近于零。
　　第三，以實際焊縫形貌作為熱源特征參數(shù)，采用改進的激光焊接錐形體熱源模型，建立完整的激光焊接壁板有限元三維模型，采用熱/結(jié)構(gòu)順序耦合分析法，計算給出焊接后的殘余應力場分布。計算結(jié)果表明與輪廓法實測殘余應力分布吻合良好，