张彪[1]（2020）在《车用铝薄壁摩擦点焊接头的力学性能机理研究》文中进行了进一步梳理电动汽车的发展需求将轻量化提升至更高的优先级,拓展高性能铝镁合金的应用是车身框架减重的关键解决途径。现阶段铝薄壁焊接总成主要采用熔焊手段,存在着裂纹倾向大、变形大以及高能耗下制造成本较高等一系列问题,电阻焊（RSW）接头通常成为车辆结构的薄弱位置。搅拌摩擦点焊（FSSW）具有固相低温融合和对合金壁面不敏感的优势,是一种适合铝薄板连接的方法。目前相关报道多偏重于材料学方向,缺乏面向汽车制造和服役场景中的工程应用考量,对接头力学性能的工艺影响机理尚不明晰,导致车用工况下失效预测匮乏及抗裂性不足。本文围绕汽车薄壁接头在各制造环节中加工因素对成型性能的影响,从基材特性、参数设计、成形过程、焊后组织以及服役连接性能方面,较系统地开展了车用铝薄壁摩擦点焊接头的力学性能机理研究,旨在为车辆焊点结构的强度设计与失效预测提供实验依据和方法支持。论文首先研究了典型车用铝合金5052H32和6061T6的材料力学性能。揭示了其应力状态与应变率耦合影响下的本构响应规律,发现合金流变应力主要受应变强化控制,断裂应变取决于应变率水平,冲击变形能显着增加。对合金弹塑性变形、损伤演化及韧性断裂分别开发出有效的力学表征模型,为后续焊接性能仿真奠定材料基础。提出了一种优化后性能与焊点工况负荷相匹配的焊接参数设计方法。基于剪剥强度因子关系模型,结合车身焊点的载荷传递分配规律,实现了符合汽车接头负载特定矢力场特性的多轴承载能力协同优化,形成目的性改进焊后性能的车用稳健性参数设计方案。此外,模拟研究了焊接温度场和热致应力场演变规律,开发了涵盖热力成形过程影响的非均质化焊点性能预测模型。采用高斯面-双椭球体复合移动热源模型和一系列接近实际生产的热模拟条件,将成形状态变量与热致力学行为相联系。研究表明,合金达到明显改性的截止温度约375℃,钩尖分布的残余压应力利于提高裂纹萌生阈值,固相焊调温机制主要借助金属软化行为控制产热率以实现系统负反馈平衡。并通过实测的场温度、组织分区形态和承载力验证了热分析及性能评估的有效性。进一步从断裂力学角度研究了焊后组织量化特征对焊点抗裂性能的影响。应用断裂参量J积分作为局部抗裂阻力判据,基于缺陷的弱内聚力键合特性,利用虚拟裂纹闭合法建立渐进开裂数值评估模型。发现裂纹随扩展速率da/dS增大而趋于失稳;起裂初期抗裂性主要伴随钩形弯折角的增大而提升,扩展后期抗滑移性正相关于焊核第二相析出粒子Mg2Si的数量级;并剖析了不同母材组合配置下产生接合强度差别的微观层面原因,提供了焊点性能调控的微依赖性机理。最后,对比了摩擦焊点与电阻焊点的车用连接性能,探明速率相关大变形失效转变规律和动态振动性能。给出了焊点处于多轴应力状态下的统一包络失效判定准则,工作应力空间内FSSW具有更高的承载容限;接头耐冲击强度呈明显的高速强化,FSSW断裂能吸收较高于RSW约32.8%以上;利用频响传递函数测试获取了动连接刚度曲线,同等激励下FSSW响应振幅为RSW值的30.2-56.7%左右。车身点连接的多性能评价基准下,认为摩擦焊点具有整体较优异的综合服役性能。综上,在汽车车身结构的设计与制造中,将摩擦点焊应用于铝薄壁件集成同时考虑其性能规律,可提高CAE模型预测精度;全面的力学性能机理研究对促进车身点焊工艺升级具有现实意义,有益于提升车身整体结构性能满足安全性和舒适性要求。
吴会超,马莉英[2]（2007）在《含多部损伤的焊接接头有限元分析》文中认为采用平面应力弹塑性有限元法研究了含有多部损伤的焊接接头裂纹尖端J积分的变化规律。探讨了不同匹配焊接接头试样中多种焊接缺陷的相互影响。结果表明,多部损伤对焊接接头结构强度造成了极其恶劣的影响。因此改善焊接工艺,加强质量管理,是保证焊接转向架结构强度的关键。
郝丽丽[3]（2005）在《907A钢焊接接头JIC测试方法探讨与断裂行为分析》文中研究表明对较高撕裂阻力的金属，应用现行J积分测试方法（GB2038-80、GB2038-91）中的有效性判据，常得不到合理的有效数据，以致不能顺利测出材料的JIC值。因此，对工业延性金属启裂过程进行了分析，认为：延性金属裂纹试样受载后的启裂过程是一个由塑性变形为主导的裂尖钝化和伸张变形向微孔聚集型断裂过渡的过程，是一个逐渐发展的、连续的和由量变到质变的过程。开裂点作为衡量材料裂纹启裂阻力的性能，实际上是裂尖完成这一过渡，并造成宏观效果的时刻，也是裂纹前沿伸张区达到饱和的时刻。 提出一种新的JIC测试方法，此法执行步骤为：将测得的启裂前和启裂后全部数据点按幂函数形式拟合出J-△α关系，再将△α=SZWC代入此关系方程，得到的J值可作为此被测材料的延性断裂韧度JIC值。此方法测得的907A钢母材的JIC值为196.75 KJ／m2，与英国标准BS7448 Part4测试结果是一致的。 分析了907A钢焊接接头焊缝试样在加载过程中发生的局部失稳断裂，结果表明：造成焊缝试样局部失稳的原因为试样裂纹前沿局部脆性区的出现。局部脆性区的形成有两个原因：一个是大块非金属复合型夹杂物，这种夹杂物为含C、O较高且含有Fe、Si、S、Cr、Mn等多种元素的复合型夹杂物；一个是碳化物（类似于渗碳体或合金渗碳体）。 利用ANSYS有限元软件验证了船用907A钢焊接接头三点弯曲试样的J积分守恒性，计算了该接头的塑性区大小，研究了强度匹配对907A钢焊接接头J积分的影响。得出：在不同的加载点位移（△）下焊接接头的J积分值等于焊缝金属的J积分值，即焊接接头的抗断性能取决于焊缝金属的强度和韧性。
郝谦[4]（2001）在《低合金钢焊接接头损伤机理和损伤演变的研究》文中研究指明本文从焊接接头的宏观力学不均匀性这个本质特征出发，将低合金钢焊接接头抽象为力学不均匀体模型，从焊接接头的微观组织损伤演变、焊接接头损伤的宏观力学特性和焊接接头损伤的模拟计算这三个方面对低合金钢焊接接接头的损伤进行了研究。 首先，从微细观上对焊接接头力学不均匀体模型在单调拉伸过程中的损伤行为进行了扫描电镜（SEM）动态观察，发现焊接接头模型的损伤主要是在试样发生颈缩以后才开始产生的，而且损伤都主要发生强度较低的软区内，软区内的损伤以脆性相的开裂和沿晶开裂为主。 其次，从宏观上运用损伤力学的方法对焊接接头力学不均匀体模型在低周疲劳下的损伤行为进行了研究。用材料循环应力幅的变化定义了一个新的损伤变量D并发展了一个新的材料低周疲劳损伤模型，进行了焊接接头力学不均匀体模型的低周疲劳损伤试验。研究表明对于高匹配的焊接接头，随焊缝宽度的增加，在低周疲劳条件下发生断裂时的循环次数在下降，而损伤的发展则在加快。 最后，在损伤的模拟计算上，利用MARC有限元分析软件所带的修正Gurson损伤模型，对焊接接头力学不均匀体模型在单调拉伸过程中的损伤行为进行了计算。通过计算发现在低匹配的焊接接头中，损伤主要发生在低强度的焊缝中，并且焊缝宽度越小，焊接接头的损伤就越严重；而在高匹配的焊接接头中，损伤主要发生在紧临焊缝的强度较低的母材上，随高强度焊缝宽度的增加，焊接接头的损伤发展程度加剧，当焊缝宽度小于3mm时，高强度焊缝的加入对焊接接头能起一个强化的作用，提高了焊接接头的抗损伤能力。
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
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跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 轻量化车身结构的材料与连接技术 |
| 1.2 摩擦点焊性能影响因素 |
| 1.2.1 焊具和参数配置 |
| 1.2.2 工艺成形过程模拟 |
| 1.2.3 焊点宏微观成型特征 |
| 1.3 薄壁接头的车用服役性能评价 |
| 1.4 论文选题与主要研究内容 |
| 第2章 车用铝合金的材料表征与力学建模 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 合金物化性质及微结构表征 |
| 2.2.1 化学成分构成 |
| 2.2.2 热物理参数计算 |
| 2.2.3 显微结构分析 |
| 2.3 铝材本构行为的试验研究 |
| 2.3.1 试件设计及制样 |
| 2.3.2 缺口破坏实验 |
| 2.3.3 准静态拉伸测试 |
| 2.3.4 多级中高速率拉伸测试 |
| 2.4 连续材料非线性本构建模 |
| 2.4.1 应变率相关本构关系 |
| 2.4.2 损伤演化模型 |
| 2.4.3 应力状态相关断裂应变模型 |
| 2.5 韧性断裂仿真分析 |
| 2.5.1 基于扩展有限元法的拉伸断裂建模 |
| 2.5.2 韧性开裂仿真结果及实验验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 焊接参数的负荷-性能匹配性设计 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 摩擦点焊实验方案设计 |
| 3.2.1 焊件构型及焊装设计 |
| 3.2.2 工艺因子试验矩阵设计 |
| 3.3 剪剥强度因子近似建模 |
| 3.3.1 接合强度测试结果 |
| 3.3.2 响应面模型建立 |
| 3.3.3 工艺参数对剪剥特性的影响 |
| 3.4 车身多工况焊点负荷数值分析 |
| 3.4.1 传递载荷解耦用连接单元 |
| 3.4.2 多轴应力计算结果与统计分析 |
| 3.5 焊接参数多目标协同优化 |
| 3.5.1 车辆适用性约束条件与优化算法 |
| 3.5.2 参数优化结果及多轴承载力匹配验证 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 热力成形过程对接头应力场的影响及预测 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 焊点结合界面结构分析 |
| 4.2.1 金相样品的制备 |
| 4.2.2 界面细微结构分布 |
| 4.2.3 材料局部性能表征 |
| 4.3 热力成形过程及承载性能预测建模 |
| 4.3.1 材料热物理和力学属性指派 |
| 4.3.2 几何模型和边界条件 |
| 4.3.3 有限元模型和界面接触条件 |
| 4.3.4 热流控制方程 |
| 4.3.5 热源模型的二次开发与热载荷设置 |
| 4.3.6 受迫断裂仿真条件 |
| 4.4 热致应力场分析及承载力预测 |
| 4.4.1 焊接温度场分布与测温实验 |
| 4.4.2 固相焊温度调节机制讨论 |
| 4.4.3 焊后热残余应力场分布 |
| 4.4.4 接头承载能力的预测及验证 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 焊后组织量化特征对焊点抗裂性能的影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 焊点渐进破坏数值评估模型建立 |
| 5.2.1 组织演变影响下的抗裂阻力判据 |
| 5.2.2 渐进开裂模拟条件 |
| 5.2.3 主弯折裂纹的J积分计算设定 |
| 5.2.4 应变能释放率G的理论分布解 |
| 5.3 组织量化特征对焊点开裂强度的影响 |
| 5.3.1 渐进开裂过程结果及响应验证 |
| 5.3.2 钩缺陷形态与开裂强度相关性分析 |
| 5.3.3 焊核第二相特性与开裂强度相关性分析 |
| 5.3.4 母材组合对搭接界面特征的影响 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 摩擦焊点与电阻焊点的连接性能比较 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 电阻焊点接头制备及焊接力监测 |
| 6.3 静动态服役力学加载实验 |
| 6.3.1 多轴失效测试 |
| 6.3.2 剪切冲击实验 |
| 6.3.3 动态振动测试 |
| 6.4 摩擦焊点与电阻焊点的多性能比较评价 |
| 6.4.1 多轴失效判定准则分析 |
| 6.4.2 耐冲击破坏性能分析 |
| 6.4.3 动连接刚度分析 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介及在学期间所取得的科研成果 |
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 相关领域研究现状 |
| 1.2.1 J_(IC)测试方法及存在问题 |
| 1.2.1.1 断裂韧度 |
| 1.2.1.2 我国延性断裂韧度J_(IC)测试方法及存在问题 |
| 1.2.2 关于延性金属材料断裂过程的理解 |
| 1.2.3 焊接接头的J_(IC)测试 |
| 1.2.3.1 焊接接头的特殊性 |
| 1.2.3.2 焊接接头的J_(IC)测试 |
| 1.2.4 不同强度匹配焊接接头断裂行为研究 |
| 1.2.4.1 强度匹配系数 |
| 1.2.4.2 不同强度匹配焊接接头的断裂行为 |
| 1.2.4.3 焊接接头强度匹配对J积分的影响研究 |
| 1.2.5 焊接接头在J_(IC)测试过程中的局部失稳断裂 |
| 1.3 本文选题意义及主要内容 |
| 第2章 907A钢及其焊接接头J_(IC)测试方法探讨 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 用国标测试907A钢母材及其焊缝金属J_(IC)时遇到的困难 |
| 2.3 对裂纹钝化和启裂过程的理解 |
| 2.4 确定的J_(IC)方法 |
| 2.5 按照新方法确定907A母材及焊接接头的J_(IC)值 |
| 2.5.1 907A钢母材及焊缝金属的J_(IC)确定 |
| 2.5.2 907A钢焊接接头熔合区和粗晶区的J_(IC)确定 |
| 2.5.2.1 材料、试样及实验方法 |
| 2.5.2.2 实验结果分析与讨论 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 907A钢焊缝金属局部失稳断裂分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 室温下静态J积分实验 |
| 3.2.1 材料及性能 |
| 3.2.2 试样 |
| 3.3 局部失稳现象描述 |
| 3.4 焊缝试样局部失稳原因分析 |
| 3.4.1 焊缝失稳试样断口的金相分析 |
| 3.4.1.1 焊缝金属的组织特征 |
| 3.4.1.2 焊缝金属中非金属夹杂物的鉴别 |
| 3.4.1.3 焊缝试样中非金属夹杂物显微硬度测定 |
| 3.4.1.4 小结 |
| 3.4.2 失稳试样断口观察与夹杂物成分分析 |
| 3.5 焊缝试样局部失稳断裂过程分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 907A钢焊接接头断裂行为的有限元模拟 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 计算模型 |
| 4.3 焊接接头的J积分守恒性验证 |
| 4.4 907A焊接接头与焊缝试样的J积分值比较 |
| 4.5 强度匹配对907A钢焊接接头J积分的影响 |
| 4.6 907A钢焊接接头抗断性能评定 |
| 4.7 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果 |
| 致谢 |
| 附录A 单V坡口试样焊接规范 |
| 附录B 双V坡口试样焊接规范 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 选题意义 |
| 1.2 课题的特点 |
| 1.3 宏观损伤力学简介 |
| 1.3.1 损伤本构方程的确立 |
| 1.3.2 有效应力的概念 |
| 1.3.3 应变等价原理 |
| 1.3.4 材料临界损伤因子D_F和材料失效准则 |
| 1.3.5 损伤变量的定义与测量 |
| 1.3.6 低周疲劳损伤模型及其损伤演变方程 |
| 1.4 材料的微细观损伤与断裂研究简介 |
| 1.5 本文的主要内容 |
| 第二章 焊接接头力学不均匀体模型的建立 |
| 2.1 焊接接头的特点 |
| 2.2 力学不均匀性焊接接头模型简介 |
| 2.3 建立力学不均匀体模型材料的选择 |
| 2.4 建立力学不均匀体模型方法的选择 |
| 2.5 软夹硬和硬夹软模型试板的制备 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 焊接接头力学不均匀体模型微观损伤研究 |
| 3.1 配置加载台的扫描电镜试验方法 |
| 3.2 硬区和软区的静态组织比较 |
| 3.3 基体均质材料的微观损伤与断裂 |
| 3.4 软夹硬模型的微观损伤与断裂 |
| 3.5 硬夹软模型的微观损伤与断裂 |
| 3.6 结果分析与讨论 |
| 3.7 本章小结 |
| 第四章 焊接接头力学不均匀体模型低周疲劳损伤研究 |
| 4.1 新的损伤变量的定义 |
| 4.2 低周疲劳损伤的试验研究 |
| 4.2.1 低周疲劳损伤试验试样 |
| 4.2.2 低周疲劳损伤试验结果及分析 |
| 4.3 低周疲劳损伤模型的建立和应用 |
| 4.3.1 低周疲劳损伤模型的建立 |
| 4.3.2 低周疲劳损伤模型的应用 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 焊接接头力学不均匀体模型损伤数值计算 |
| 5.1 修正Gurson模型简介 |
| 5.2 力学不均匀体模型损伤的计算 |
| 5.2.1 建立模型 |
| 5.2.2 网格划分 |
| 5.2.3 边界条件 |
| 5.2.4 计算结果及处理 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 结论及研究前景 |
| 6.1 本文的主要结论 |
| 6.2 进一步研究的前景 |
| 参考文献 |
| 致 谢 |
