Fe-Mn-Si形狀記憶合金激光焊接的三維數(shù)值模擬.pdf

1、Fe-Mn-Si形狀記憶合金是一種兼有形狀恢復與驅動的功能材料,它具有價格低廉、力學性能好的特點。為了獲得廣泛的工業(yè)應用,Fe-Mn-Si形狀記憶合金焊接性能的研究勢在必行。目前,關于該合金焊接方面的研究不多且大都是具體的工藝試驗研究,對其具體的焊接熱過程的研究還未見報道,而焊接接頭的力學性能和組織轉變都與焊接過程中的溫度場和應力應變場分布息息相關,而這些數(shù)據(jù)很難通過試驗獲得。因此,本文利用有限元方法,基于Ansys平臺,通過建立合理的

2、熱源模型,對Fe-Mn-Si形狀記憶合金平板激光對接焊的動態(tài)溫度場和應力應變場的三維分布進行數(shù)值模擬。
　　 根據(jù)激光深熔焊的特點并考慮Fe-Mn-Si形狀記憶合金材料參數(shù)的非線性、相變潛熱、邊界換熱條件等因素的影響,建立了表面高斯熱源和錐形體熱源結合的復合熱源模型,利用Ansys中的APDL參數(shù)化設計語言,編制用于實現(xiàn)焊接熱源加載和移動的子程序,建立起了平板對接激光焊接溫度場三維數(shù)值計算模型。利用模擬焊縫尺寸與實際焊縫尺寸的對

3、比,驗證了所建計算模型的正確性。
　　 通過Fe-Mn-Si形狀記憶合金激光焊接溫度場模擬計算,得到了激光功率和焊接速度等參數(shù)對熔池形貌和焊縫正反面尺寸的影響規(guī)律。與具體的試驗焊縫形貌對比可得,模擬計算結果與試驗結果的一致性較好,誤差值小于12%,因而證明該模型可以用于激光焊接工藝參數(shù)的優(yōu)化選擇,并能預測焊縫尺寸和焊接質量。
　　 在Fe-Mn-Si形狀記憶合金激光焊接溫度場計算分析的基礎上,利用間接耦合法,模擬了激光焊