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焊接铝合金薄壁结构轴向压缩大变形力学行为研究
| 论文题名： | 焊接铝合金薄壁结构轴向压缩大变形力学行为研究 |
| 关键词： | 铝合金;薄壁结构;CMT焊接;轴向压缩;变形力学;能量吸收;有限元模拟;汽车轻量化 |
| 摘要： | 随着汽车产业的飞速发展，安全、节能、环保问题备受关注，而汽车轻量化可以减轻车身重量、降低能耗、节约能源、减少污染，无疑是解决这一难题的有效途径。汽车轻量化必须在保证汽车结构的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低整车的质量，以提高汽车的动力性能，减少燃料的消耗，降低污染物的排放。轻量化材料的大量使用，如铝镁合金，以及先进的加工成型方法都使得汽车轻量化成为近年来研究的热点。由于铝合金具有较轻的质量、较高的比强度和良好的延展性，因而采用各种成型工艺的铝合金薄壁吸能构件被大量使用在汽车结构中，以提高车辆的耐撞性。采用关键试验与有限元相结合的方法对薄壁结构在轴向载荷下的力学行为进行研究，相比大量试验不仅节约了成本，而且能获得大量有价值的数据。 文中对不同长度的单帽结构进行静态条件下的轴向压缩试验，获得结构动力学响应特性，分析载荷-位移变化曲线，发现该类结构轴向压缩时其峰值载荷与结构的本身长度无明显相关性，而截面特性及壁厚对峰值载荷影响较大。由于焊缝力学性能的不均匀性，150mm、200mm和300mm单帽结构的试验平均载荷分别为13.43KN、15.38KN和15.28KN，与理论平均载荷相比分别降低了31.57％、14.89%和15.64%。单帽结构在承受轴向载荷时焊缝发生横向折断和纵向撕裂，其中纵向撕裂对结构的承载能力影响较大。有限元分析发现，由于焊缝的性能导致模拟所预测的单帽结构在轴向压缩过程中能量的吸收均比试验所测定的较高。 在自行设计的落锤冲击试验机上进行不同截面形状的薄壁结构动态冲击试验，发现单帽结构和平行四边形截面结构的焊缝均发生纵向撕裂和横向折断，而双帽结构的焊缝只发生了横向折断。对比结构的载荷变化，发现双帽结构的承载能力高于单帽结构和平行四边形截面结构。有限元模拟预测双帽结构的平均载荷也较高于单帽结构和平行四边形截面结构，而且随着冲击速度的变化，双帽结构的 CFE值均高于单帽结构和平行四边形截面结构。由于单帽结构的焊缝只分布于结构一侧，冲击过程中单帽结构发生了弯曲变形，而双帽结构由于焊缝的对称分布，对结构的承载能力具有一定的加强作用。 |
| 作者： | 贺智锋 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 乔及森 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 兰州理工大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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