毕业论文：横向超声随焊控制铝合金焊接热裂纹的数值模拟研究

华侨大学本科毕业论文(设计)开题报告
学院：　机电学院　　　　　　　　　　　　专业班级： 09材料成型与控制工程　

课题名称 横向超声随焊控制铝合金焊接热裂纹的数值模拟研究
设计（论文）类型
（划√） 工程设计 应用研究 开发研究 基础研究 其它
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1、本课题的的研究目的和意义：
在现代的金属加工中，铝合金由于具有比强度高、比重轻、易成型、耐腐蚀性等优良特性被广泛应用于航空、航天、机械制造等重要结构中。但由于铝合金本身固有的热、力学性能，如较宽的脆性温度区间，较大的线膨胀系数等，使得在焊接加工技术应用于铝合金薄板结构件时，表现出热裂倾向严重，容易产生热裂纹，从而给焊接结构的使用安全带来安全隐患。
一般认为，焊接热裂纹是冶金因素和力学因素共同作用引起的，在焊缝金属结晶时产生的液态薄膜是产生焊接热裂纹的内因，而焊缝金属在脆性温度区间内存在拉伸应变是形成焊接热裂纹的必要条
……（新文秘网https://www.wm114.cn省略639字，正式会员可完整阅读）……　
角度出发，提出了一种防止焊接热裂纹产生的新方法－焊缝两侧随焊同步锤击法，当焊缝或热影响区金属处于脆性温度区间时,在熔池后方一定距离内放置一气锤, 跟随焊枪后方同步锤击脆性温度区间两侧金属。郭绍庆、徐文立等通过数值模拟对随焊激冷防止高强铝合金焊接热裂纹进行了研究。徐达、许威等提出电磁法随焊控制热裂纹的方法，利用电磁产生的径向分力使焊缝及热影响区受到额外的横向塑性挤压，抵消焊缝金属凝固收缩引起的导裂拉伸应变，达到控制热裂纹的产生的目的，外加的超声波振动能够改善金属的结晶形态。
功率超声是超声学的一个分支，是利用超声振动形式的能量使物质的一些物理、化学和生物特性或状态发生改变，或者使这种改变的过程加快的一门技术。早在20世纪20到30年代，对强超声的效应就进行过大量的实验，并得到一些很有应用前途的结果。强超声在媒质中传播时，会产生一系列效应，如力学效应、热学效应、化学效应和生物效应等。在力学效应中有搅拌、分散、除气、成雾、凝聚、冲击破碎和疲劳损坏作用，由于功率超声处理技术在力学方面具有许多特点，目前有关超声波的相关技术已逐渐应用到材料加工过程的各个领域，如超声搅拌技术、超声塑性成形技术、超声去应力处理技术、超声塑料和金属焊接等。这些技术的应用表明：外加的超声波振动能够改善金属的结晶形态；能够实现在工件上作用一定规律的超声振动力分布，进而为本课题的开展提供了一定的理论借鉴和实践经验。横向超声波随焊控制焊接过程中横向应力应变演变的研究方案，是一种利用超声波振动力实时控制焊接热裂纹的新方法。
3、 本课题的主要研究内容（提纲）和成果形式：

研究内容：
 学习marc数值模拟软件，熟悉数值模拟计算方法；
 利用marc建立常规焊模型以及横向超声控制焊接热裂纹模型；
 掌握焊接应力场、变形的分布规律；
 分析并比较常规焊与横向超声控制焊接热裂纹模型的残余应力场。
成果形式：
得出常规焊接以及横向超声的数值模拟分析结果，对比分析横向超声与常规焊方法对焊接的残余应力场及变形的影响，最终写出相关论文。



4、拟解决的关键问题：

1、如何用marc建立常规焊接模型与横向超声焊接模型；
2、如何用数值模拟软件Marc去模拟分析焊接过程；
3、对比同一条件下常规焊接方法与横向超声焊接法对铝合金焊接进行数值模拟，对比其结果中的残余应力场及变形的影响对裂纹的影响。


5、研究思路、方法和步骤：

思路：建立相应模型，对比常规焊接与横向超声，得出对比后的焊接的残余应力场及变形的结果。

方法：数值模拟

步骤：查阅相关文献，了解模型建立的基本方法；学习数值模拟软件，建立有限元模型（网格划分，再进行边界条件、工况的定义，初步运算，调试模型）包括常规焊和横向超声控制焊接热裂纹模型；分别进行焊接的数值，对比两种条件下焊接变形及残余应力场分布情况；撰写相关论文。



6、本课题的进度安排：

第一周 — 第四周： 查阅资料、文献；
第五周 — 第六周： 了解课题及学习软件MARC；
第七周 — 第八周： 分别建立常规焊与横向超声控制焊接热裂纹数值模拟模型
第九周 — 第十三周： 对常规焊与横向超声控制焊接热裂纹 ……（未完，全文共5109字，当前仅显示1794字，请阅读下面提示信息。收藏《毕业论文：横向超声随焊控制铝合金焊接热裂纹的数值模拟研究》）