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焊接残余应力对铝合金防撞梁碰撞安全的影响
| 论文题名： | 焊接残余应力对铝合金防撞梁碰撞安全的影响 |
| 关键词： | 汽车防撞梁;焊接顺序;焊接残余应力;碰撞安全 |
| 摘要： | 在新能源汽车的发展趋势下，铝合金作为一种强度高和耐腐蚀的轻量化材料，被广泛应用于车辆的安全结构件中。对比普通钢材，铝合金焊接性能较差，在焊缝处会产生较大焊接变形，形成较大焊接残余应力，发生碰撞时易产生开裂破损，影响整体的安全性。目前，对防撞梁碰撞安全性的研究主要是将防撞梁作为零应力状态来分析，仿真结果与实际结果存在一定误差。因此，研究焊接残余应力对碰撞安全的影响能有效改进这一差异。 为验证焊接模型的准确性，通过数值模拟防撞梁连接处 T 型接头和搭接接头的焊接过程，发现焊接熔池形状与实验一致度较高，利用温度变化曲线确立焊接接头热影响区，应力场模拟结果与实验数据吻合度较高，在焊缝及附近区域存在较大残余拉应力。 本文基于某车型防撞梁实际焊接过程建立其焊接模型，分析焊缝处残余应力分布规律，发现相邻焊段端部焊接残余应力相互影响较大，且在焊缝及热影响区存在较大残余拉应力；为降低焊缝处残余拉应力，开展各焊段焊接次序及焊接起始点的优化研究，对比不同焊接方案下各焊段纵向和横向残余应力变化情况，优化有效降低焊接残余应力的方案。结果表明，首尾相连的焊段端部存在二次加热现象，不同焊接方案中二次加热现象出现的作用时间和间隔不同，致使焊段端部残余应力释放程度各异，导致各焊接方案残余应力分布规律差别较大，以降低整体残余应力水平为目标，最优焊接顺序为退焊顺序。 基于 Johnson-Cook本构与损伤模型，开展焊接残余应力为初始状态的防撞梁碰撞数值模拟，探究在三点静压、正面 100%重叠高速碰撞和正面 40%偏置碰撞工况下焊接残余应力对防撞梁承载性能的影响。三点静压过程焊接残余应力使横梁焊缝处应力水平较大，焊接残余应力的释放使焊缝区域应力变化复杂，支反力出现较大波动，但峰值变化较小；在正面 100%碰撞中，吸能盒外表面的应力值普遍偏大，碰撞力和加速度峰值有所下降，焊接残余应力的存在使开裂时刻提前4.5%且破损位置略有变化；在正面 40%偏置碰撞中，吸能盒外表面应力值较大，碰撞力和加速度峰值降幅更大，焊接残余应力的存在使开裂时刻提前8.7%且破损位置出现较大变化，产生两处严重破损开裂，说明焊接残余应力的释放使吸能盒在碰撞过程中提前开裂且承载性能降低。 |
| 作者： | 吕晨轲 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 罗家元 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 重庆交通大学 |
| 学位年度： | 2023 |
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