基于ABAQUS的铝合金防撞梁焊接仿真分析及工艺优化

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近年来,全球汽车朝着轻量化的趋势发展,汽车将采用越来越多的轻质金属材料,而铝合金将是首选材料。但是,相比于传统钢材,铝合金的焊接性较差,焊接过程中易产生较大的局部应力和焊接变形,这极大地影响铝合金焊件的质量和精度。而对铝合金焊接过程的数值模拟可模拟焊接过程的温度场和焊接变形,进而能有效地对焊接件整体的变形和应力分布进行控制。本文首先基于ABAQUS软件开发了铝合金T型板MIG焊接温度场数值模拟高效的前处理方法。选用双椭球形热源分布函数模拟铝合金MIG焊接过程中的焊接热源,通过FORTRAN编写DFLUX焊接热源子程序,利用Python自动完成铝合金T型板MIG焊接温度场模拟过程中焊缝的生成过程以及材料属性等参数设定,快速完成了铝合金焊接温度场模拟的前处理过程。其次通过焊接工艺评定,对铝合金T型板焊接试验进行相关检测,保证焊件质量以及焊接接头性能,并确定3mm厚铝合金T型板的最佳工艺参数。利用所得到的最佳工艺参数作为铝合金T型板焊接温度场模拟过程中热源模型参数设定的依据,通过所建立的温度场模型计算焊接过程中的温度场分布。同时,通过热电偶测量铝合金T型板MIG焊接过程中距离焊缝区域不同距离的焊接温度循环曲线,并与仿真温度循环曲线进行对比验证了铝合金T型板焊接温度场仿真结果的准确性。然后将铝合金T型板焊接温度场模拟的前处理方法,应用于铝合金防撞梁MIG焊接温度场的仿真分析过程中,获得其焊接过程中的温度场结果。采用顺序耦合的方法,将温度场计算结果作为焊接变形分析的载荷,计算得到防撞梁吸能盒的焊接变形量,并通过三坐标采样测量实验结果验证了铝合金防撞梁焊接仿真变形结果的准确性。最后在保证铝合金防撞梁焊接变形仿真计算准确的基础上,完成了铝合金防撞梁焊接工艺方案的优化,得到不同焊接工艺参数下,铝合金防撞梁焊后吸能盒的焊接变形量。通过对比不同方案结果可得:对防撞梁单侧吸能盒的短焊缝进行连续焊接,两端吸能盒的长焊缝采用对称焊接的方式为最优的焊接工艺方案。该方案不仅能满足焊接焊后变形量的要求还能有效地减少焊枪在整体焊接过程中的行动路程,为实际的焊接工艺提供一定的指导依据。
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