铝合金焊接接头细观模型及腐蚀后应力变化的数值模拟

作     者：丛述玲 

作者单位：大连交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：金成

授予年度：2016年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：铝合金焊接接头 腐蚀 多晶模型 晶体塑性有限元 细观应力 

摘      要：A7N01和5083铝合金配用ER5356焊丝的焊接接头以其良好的成型性、焊接性成为车体制造中的关键材料。而在腐蚀环境下,铝合金焊接构件往往出现腐蚀坑,成为裂纹与失效的源头,严重影响着接头的寿命与安全可靠性。材料的宏观力学性能与其细观力学行为密切相关,因此对铝合金焊接接头在细观尺度上进行应力分析,研究其在细观上的形变与应力分布特点,对于制定焊接工艺,优化结构设计都非常必要。本文首先基于Voronoi算法对铝合金焊接接头进行了细观组织建模,构建了三维母材等轴晶区、熔合线柱状晶区、焊缝等轴晶区多晶模型,选取模型大小0.8mm×0.6mm×0.18mm进行晶体塑性有限元计算。结合EBSD实验测得焊接接头初始晶粒取向,运用晶体塑性理论,编写了用户自定义材料子程序,对母材5083、A7N01铝合金,焊材5356铝合金焊接接头细观形变机制及应力分布进行了数值模拟研究。另外,对A7N01母材5356焊材的铝合金焊接接头进行盐雾腐蚀试验,观察随着腐蚀时间的延长,蚀坑的物理形貌变化。采用单元生死技术模拟试件表面存在腐蚀坑时的细观应力分布情况,分析对比了焊态下及经腐蚀后的焊接接头细观应力分布特点及变化规律。结果表明:在拉伸5083母材5356焊材和A7N01母材5356焊材铝合金焊接接头时,最大细观应力均出现在柱状晶区、等轴晶结合区域,在柱状晶与等轴晶的交界处产生了应力突变。试件经盐雾腐蚀,随着腐蚀时间的延长,接头的各区域内腐蚀的平均深度和表面损伤度都增加,与未有腐蚀的接头细观应力比较,其应力分布不均匀程度变大,腐蚀坑外形逐渐趋近于圆形,蚀坑边缘出现应力集中现象。最大主应力增大系数变大,产生明显的峰值,蚀坑容易成为裂纹起裂的源头。通过与拉伸实验比较,模拟计算的结果与实验的结果保持着很好的一致性。