论文部分内容阅读
铝合金薄壁箱体在航空领域薄壁件中具有代表意义，其大量的应用于军工产品和航天飞行器中。本文所研究的薄壁箱体经过熔模铸造后焊接而成，由于构件受工作环境的限制，铸造出现的任何缩孔缩松现象和焊接产生的残余变形将会影响整个设备的使用寿命，因此对产品进行缩孔缩松和变形的预测尤为重要。传统做法是通过多次实验进行相关验证，而随着计算机技术的发展，数值模拟技术越来越受到国内外学者的青睐。
本文针对铝合金薄壁箱体的成型进行深入的研究，内容如下:
1.利用ProCAST软件模拟薄壁箱体的铸造成型过程，通过模拟比较选择浇注速度为0.20m/s，浇注温度为750℃和初始温度为400℃为最优方案，结果表明缩孔缩松缺陷现象仅在浇口和冒口处出现，并不影响铸件的质量，从理论上支持了浇注系统的合理设计，为后续的焊接模拟打下良好基础。
2.利用ANSYS软件模拟铸造工艺口的焊接过程，建立有限元模型，采用不同网格尺寸划分的方法，靠近焊缝处的网格尺寸为2mm，而远离焊缝处的网格尺寸为6mm，通过定义随着温度变化的热焓来解决熔化潜热问题，采用双椭球热源分布模拟脉冲氩弧焊的热源分布，再现了不同时刻温度场的分布状况和应力场中各点应力的变化情况，利用生死单元技术模拟焊缝中材料的添加和删除。
3.通过APDL语言成功实现了模拟过程的三个阶段:起焊停留、平稳焊接及停弧过程。分析了焊接速度对焊接温度场和焊接熔池的影响，从而选择最佳焊接速度为v=6mm/s。
4.焊缝中心存在最大残余拉应力为153.6MPa，在远离焊缝处存在压应力，且最大值为83.9MPa。在薄壁箱体封闭矩形板的中心区域，纵向残余应力和横向残余应力几乎相等，易出现焊接变形、裂纹等缺陷。焊缝AB、焊缝CD的横向收缩和焊缝AC、焊缝BD的纵向收缩引起了箱体上表面的翘曲变形，由模拟可知Z轴方向上的变形量最大为0.350mm，而实际测量值为0.361mm，两者存在着一定的偏差。
5.结果表明计算值与实测值基本吻合，为ProCAST和ANSYS数值模拟在缺陷控制和工艺参数优化方面的应用提供了可靠的参考。