炸药覆盖层对爆炸焊接影响的数值模拟

为探究炸药覆盖层厚度对爆炸焊接的影响,采用ANSYS/LS-DYNA软件并结合SPH-FEM耦合算法,对不同覆层厚度下的爆炸焊接试验进行三维数值模拟.文中采用厚度为20 mm的Q235钢和厚度为2.5 mm的304不锈钢作为基板和复板.根据相应的材料参数理论计算了焊接过程中的动态参数,并以此建立爆炸焊接窗口.仿真结果表明,与无覆盖层爆炸焊接相比,覆盖层厚度为15 mm、 30 mm和45 mm时冲击速度分别提高了39.3%, 58.1%和68.8%,碰撞压力分别增大了41.0%, 65.6%和80.6%.仿真结果与试验结果基本一致.利用SPH法进行二维数值模拟,得到了装配炸药覆盖层时复板与基板的复合界面.仿真结果表明,复合板在覆层厚度为15 mm时具有良好的波形复合界面,且界面波形与试验金相分析结果较为吻合.     

基于刻槽结构的复合杆爆炸焊接数值模拟

结合复合杆的结构特性,推导出考虑复管收缩产生塑性功影响的Gurney公式,并运用该公式对复管的碰撞速度进行计算,探究复管受冲击波驱动变形产生塑性功对碰撞速度的影响,并提出一种新型的刻槽式复管结构,通过该结构可以获得较好的焊接质量.通过理论计算与有限元分析结果表明,普通圆管形钢管在基杆与复管间隙为3.5 mm时,炸药爆炸驱动复管获得的动能被塑性变形全部抵消,其碰撞速度为0,理论计算与仿真结果一致性较好;而在同等条件下,所设计的刻槽式复管结构仿真结果表明,其碰撞速度可以达到667.85 m/s,碰撞角度为13.877°,满足焊接下限碰撞速度要求.基于此,二维微观仿真分析结果表明,结合界面处呈现出周期性波纹,并产生大量射流,在结合界面处温度超过两种金属的熔化温度,结合界面质量较好.     

基于不同算法的金属管棒爆炸焊接模拟

选取1060铝管/T2铜棒为爆炸复合棒制备材料,T2铜管/Q235钢管为爆炸复合管制备材料,利用ANSYS/LS-DYNA软件结合拉格朗日法、拉格朗日—欧拉耦合法(ALE法)及光滑粒子流体动力学—有限元耦合法(SPH-FEM耦合法)3种算法,对一次制备两组爆炸复合管棒的爆炸焊接试验进行数值模拟. 结果表明,拉格朗日法的前期建模最为简洁,ALE法其次;模拟过程中SPH-FEM耦合法耗时最多,ALE法耗时最短;3种算法所测得的碰撞速度与理论计算值存在0.9% ~ 5.3%的误差,其中SPH-EFM耦合法的误差最小,拉格朗日法的误差最大. 利用管材内部的能量累积原理解释了焊接过程中外部复合管出现的扩径情况,并结合T2铜管/Q235钢管复合界面的压力分布验证了所产生的现象.     

TA2-1060-TA2复合板爆炸焊接试验及性能测试

为了解决钛-铝在爆炸焊接过程中可焊性低并容易产生脆性金属间化合物等技术难题，选用低爆速粉状乳化炸药为试验用药，下限装药厚度和上限基复板间距为工艺参数，成功获得了100%复合的“1 + 14 + 1”TA2 - 1060 - TA2双面金属复合板. OM， SEM， EDS测试结果表明，复合板界面呈良好小波状结合；基复板流在波峰阻挡以及复板挤压作用下形成漩涡结构，其内部存在包覆熔融金属的铸锭组织；结合界面附件发生不同程度的元素扩散. 力学测试结果表明，复合板的弯曲强度为288 MPa、抗拉强度为165.5 MPa、界面处显微硬度峰值为227 HV，满足工业生产要求.     

5083Al/1060Al/TA1/Ni/SUS304五层爆炸复合板退火组织演化及力学性能

为改善5083Al和304不锈钢爆炸焊接质量,提升隔热效果,本研究采用1060Al、TA1和Ni作夹层材料,制备了具有热传导梯度的五层爆炸复合板。为消除爆炸焊接后的残余应力,减少绝热剪切带和微裂纹等缺陷,采用550℃×60min退火工艺对五层爆炸复合板进行退火处理,并通过SEM、EBSD和万能试验机等手段,分析研究退火对其组织演化及力学性能的影响。结果表明：五层爆炸复合板的4个焊接界面均呈波形,且在界面处存在微裂纹、孔洞、绝热剪切带和漩涡区等缺陷。经退火处理,4个焊接界面均发生不同程度的再结晶,微裂纹、绝热剪切带等缺陷得到有效改善;5083Al/1060Al/TA1界面的β相和Al-Ti金属间化合物增多,TA1/Ni界面在原TiNi₃熔化层的基础上新增TiNi熔化层和Ti₂Ni熔化层。界面抗拉剪强度均有所降低,但均仍远高于相应国标使用要求;拉脱试样在5083Al/1060Al界面断裂分离。     

钨铜合金与铜扩散连接界面结构及性能研究

结合复合杆的结构特性,推导出考虑复管收缩产生塑性功影响的Gurney公式,并运用该公式对复管的碰撞速度进行计算,探究复管受冲击波驱动变形产生塑性功对碰撞速度的影响,并提出一种新型的刻槽式复管结构,通过该结构可以获得较好的焊接质量. 通过理论计算与有限元分析结果表明,普通圆管形钢管在基杆与复管间隙为3.5 mm时,炸药爆炸驱动复管获得的动能被塑性变形全部抵消,其碰撞速度为0,理论计算与仿真结果一致性较好;而在同等条件下,所设计的刻槽式复管结构仿真结果表明,其碰撞速度可以达到667.85 m/s,碰撞角度为13.877°,满足焊接下限碰撞速度要求. 基于此,二维微观仿真分析结果表明,结合界面处呈现出周期性波纹,并产生大量射流,在结合界面处温度超过两种金属的熔化温度,结合界面质量较好.     

铜/钢复合管爆炸焊接数值模拟及边界效应

以铜/钢复合管为研究对象,利用AUTODYN有限元软件SPH和ALE法对爆炸焊接过程进行二维数值模拟,分析了焊接动态过程和边界效应问题,并对铜/钢复合管进行了爆炸焊接试验。结果表明,在爆轰波作用下,复管与基管发生倾斜碰撞,碰撞区域压力稳定在10⁷ kPa的数量级,在碰撞区附近出现1条塑性变形带,且复管和基管上的剪切应力相反,界面形态随着爆炸波的传播从直线变为波状,这与试验中获得的T2/316L双金属复合管的实际界面形态一致,说明有限元模型能够有效模拟双金属复合管爆炸焊接过程。数值模拟过程中边缘动态参数值均小于正常值,存在边界效应,增加复管和炸药的长度可以消除边界效应。     

爆炸焊接三维数值模拟

采用非线性有限元软件MSC.Dytran对爆炸焊接过程进行了三维数值模拟,获得了爆炸焊接过程中速度及界面压力的分布及其大小,并与经验公式的理论计算结果进行了比较.结果表明,爆炸焊接数值模拟的结果与理论计算值基本相符,所建数值模型准确,Dytran可较好的模拟爆炸焊接过程,计算爆炸焊接过程中的压力及速度变化分布,但不能对爆炸焊接过程中的射流及波形特征进行模拟.通过三维数值模拟可方便地了解爆炸焊接过程,对爆炸焊接工艺参数的选择提供参考.     

基于自约束结构炸药的T2/Q345爆炸焊接及数值模拟

为提高炸药能量利用效率、降低能量耗散,利用自约束结构炸药进行爆炸焊接研究.以T2铜和Q345钢分别作为复层与基层,自约束结构炸药作为焊接炸药,借助ANSYS/AUTODYN软件模拟爆炸焊接过程,并进行T2/Q345爆炸焊接试验,对复合板试件进行拉剪性能检测和微观形貌观察分析其焊接质量.结果表明,T2/Q345爆炸焊接的碰撞速度距起爆端100 mm后均大于临界碰撞速度345 m/s,距起爆端150 mm处碰撞速度达到最大值567 m/s.T2/Q345复合板起爆端呈直线结合,并随着传爆距离增加变为波形结合.T2/Q345复合板远离起爆端的平均剪切强度为237.0 MPa,断裂位置位于铜一侧.试件被拉剪破坏后的铜层出现加工硬化现象,远离结合界面的显微硬度和塑性变形程度呈增强趋势.自约束结构炸药可降低自身爆炸产物飞散,使炸药能量更多地转化为复层动能,提高能量利用率.     

爆炸焊数值模拟研究进展

由于爆炸焊的瞬时性和不可接触性,爆炸焊数值模拟研究尤为重要。本文对爆炸焊近年来在数值模拟方面的研究进行了综述,重点分析了目前爆炸焊数值模拟研究中存在的问题与不足,阐述了未来爆炸焊数值模拟研究的发展方向。     

爆炸焊接法制备铟/铁复合板的实验与数值模拟

提出了一种通过在炸药与复合板之间增加一层速度调整板,以获得理想焊接条件的用于制备铟/铁复合板的新型爆炸焊接方法。通过理论方法计算了爆炸焊接参数,通过实验对炸药载荷的影响进行了研究。应用光滑粒子流体动力学（SPH）方法进行数值模拟以验证参数有效性,探究了结合界面的成型机理,并研究了压力和塑性应变的分布。结果表明,当炸药厚度增加时,界面波形结构更明显。界面剪切试验结果表明铟/铁复合板结合面抗剪切强度为16 MPa,比纯铟材料的抗剪切强度高,且三点弯曲试验之后复合板结合界面无裂纹。采用改进的爆炸焊接方法可以有效制备高质量铟/铁复合板。     

焊接变形的数值仿真及其在SS7E机车焊接构架中的应用

基于焊接收缩力理论，本文提出了一个预测焊接变形的数值新方法。该方法的本质是将每条焊缝的收缩力视为焊接结构有限元数值计算模型中的初应力，从而可以用数值手段计算因焊缝收缩而产生的结构焊接变形。用这种方法，对SS7E电力机车构架侧梁焊接变形进行了数值预测，预测结果与实测变形值相当吻合，这不仅证明了该方法的有效性，同时也为构架焊接质量控制提供了重要的数值手段。     

爆炸焊接N6/45#复合板的数值模拟与实验分析

为降低使用成本,充分发挥镍材优异的耐腐蚀性能优势,选用厚度1 mm的纯镍N6作为复板、3 mm厚的中碳钢45#作为基板进行爆炸焊接试验。通过爆炸焊接窗口计算出了各动态参数,采用金相光学显微镜和扫描电镜对界面结合形貌和元素进行分析,通过拉剪试验测试复合板力学性能,并借助AUTODYN模拟了爆炸焊接过程。结果表明,爆炸点附近存在边界效应,沿着爆炸焊接方向结合界面由平直状转变为稳定的波状界面,界面附近元素扩散层厚度为20 μm,波状的扩散层增大了结合面积,有利于冶金结合,复合板剪切强度达到325.5 MPa。数值模拟结果表明,界面形貌与试验得到的界面形貌具有一致性。模拟结果表明特征点的速度和塑性变形程度与实验结果基本吻合。     

大型铝合金铸件水力模拟与数值模拟的研究

为保证大型铝合金铸件的质量,通过水力模拟和数值模拟两个途径优化铸造工艺;水力模拟依据相似理论,建立水力模型,选出最佳浇注系统,防止吸气、浇不足等缺陷;数值模拟通过计算铸件动态温度场,来预测缩孔、缩松等缺陷,据此来改变冒口、冷铁的尺寸及数量,控制铸件凝固顺序,保证铸件内部质量,最后,综合水力模拟和数值模拟结果。确定了合理的工艺方案,确保铸件一次浇注成功。     

低频电磁铸造6063铝合金的数值模拟和试验研究

采用ANSYS有限元法对低频电磁铸造铝合金过程进行了数值模拟，分析了频率为15Hz电流为150A，匝数为80匝时，铸锭边部及内部的磁感应强度分布，并在此条件下进行试验研究。试验结果表明，低频电磁铸造铝合金铸锭表面光洁，消除了铸锭表面的冷隔和表面偏析瘤，内部晶粒细小且为近球形，同时分析了质量改进的原因。     

铸造铝合金圆锭温度场试验研究和数值模拟

通过试验设备测定了半连续铸造100mm铝合金圆锭温度场分布,以此为基础,通过反算法得到直接冷却半连续铸造铝合金水冷段换热系数与铸锭表面温度的关系。计算表明,随着铸锭表面温度的降低,传热系数逐渐增大;在温度由400℃降至130℃的过程中,传热系数急剧增大,温度在130℃左右时达到最大,其值约为23kW/(m2·K);当温度继续降低时,铸锭表面传热系数又迅速减小。用三维有限元方法对铸造过程的凝固规律进行了数值模拟,结果发现模拟值和试验值基本符合。     

MATLAB环境下关节型焊接机器人仿真平台设计

Motoman-HP20焊接机器人的离线编程软件MoToSimEG进行轨迹规划采用点到点的方式,对于一些复杂曲线,需要非常多的约束点才能达到较高的精度要求,导致编程过程复杂繁琐。针对这一缺点,开发了一套基于MATLAB环境的六自由度关节型焊接机器人仿真平台实现人机交互,并进行了数据通信完成实验验证。验证结果表明:仿真平台不仅可以完成点到点的关节空间和直角坐标空间的轨迹规划,也可以实现任意已知解析式的轨迹规划运动,并得到轨迹数据完成了示教再现,简化了机器人复杂运动轨迹的编程方法,进一步改善了轨迹规划离线编程功能。     

基于SPH法的AZ31镁合金BP-ECAP过程三维数值模拟

光滑粒子流体动力学方法(Smooth Particle Hydrodynamics,SPH)在求解大变形问题方面具有优势。基于SPH法编写程序对AZ31镁合金的BP-ECAP过程进行三维数值模拟,并与相关研究文献进行对比,验证了编写的SPH法背压程序的正确性。对不同工艺参数下AZ31镁合金的背压-等通道挤压过程进行模拟,并从等效塑性应变及损伤值分布角度进行分析。模拟结果表明,选择恰当的背压值能有效地阻止镁合金变形过程中裂纹的萌生及扩展。