一种基于数值模拟的飞机壁板焊接顺序优化方法技术

本发明专利技术公开了一种基于数值模拟的飞机壁板结构激光焊接顺序优化方法，属于焊接过程数值模拟技术领域。该方法中建立了双激光束双侧同步焊接飞机壁板结构的高斯热源模型，并结合热传导方程及刚度矩阵建立有限元求解模型，采用全牛顿

【技术实现步骤摘要】
一种基于数值模拟的飞机壁板焊接顺序优化方法


[0001]本专利技术提出的一种基于数值模拟的飞机壁板结构激光焊接顺序优化方法，属于焊接过程数值模拟
，适用于优化飞机壁板结构激光焊接的焊接顺序，从而降低其焊后残余应力与变形。

技术介绍

[0002]TC4钛合金飞机壁板结构通常使用氩弧焊技术进行组装，该方法存在大的残余应力和变形。而激光焊接工艺以低变形，能量密度高，焊缝深宽比大，接头性能良好等优势在薄壁构件的焊接中占据着非常重要的地位。探究激光焊替代氩弧焊焊接军机壁板，定量研究壁板构件的应力和变形具有一定的实用价值。
[0003]激光焊能量密度高，焊缝深宽比大，接头性能良好，在薄壁构件的焊接中占据着非常重要的地位，激光焊相比传统TIG焊和MIG焊具有明显优势。如果采用双激光束双侧同步焊接，替代现有的钨极氩弧焊，将显著提高焊接效率。飞机壁板作为薄壁结构件对其进行双激光束双侧同步焊接难度较大。飞机壁板含有多条桁条需要焊接，不同的焊接顺序，焊接应力和变形演变规律不同，为了减少试验次数，降低成本，焊接前利用有限元模拟技术对飞机壁板不同焊接顺序下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于数值模拟的飞机壁板焊接顺序优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：建立飞机壁板结构双激光束双侧同步焊接的高斯热源模型，模拟激光对工件加热的过程；步骤2：根据Fourier热传导原理，建立焊接时温度场的瞬态表达方程；步骤3：采用热弹塑性法，建立焊接过程中飞机壁板应力应变与温度的关系式；步骤4：基于数值模拟软件MSC.MARC，构建弧形飞机壁板结构的几何模型并进行网格划分，加载材料热物理性能参数、焊接工艺参数，定义初始条件与边界条件，进行模型初始化、设置计算时间及时间步，采用全牛顿
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拉夫森方法进行迭代求解。2.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟的飞机壁板焊接顺序优化方法，其特征在于步骤1所述的建立高斯热源模型，其热流密度方程如下：式中，β为衰减系数；Q
V
为体热源功率；r
v
为体热源有效作用半径；H为体热源有效作用深度。3.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟的飞机壁板焊接顺序优化方法，其特征在于步骤2所述的根据Fourier热传导原理，建立焊接过程中温度场的瞬态表达方程，并对该方程进行求解。其方程形式为：式中：T
‑
温度(K)；t
‑
时间(s)；ρ
‑
材料密度(kg/m3)；C
p
‑
材料稳压比热容(J/kg
·
K))；λ
‑
材料导热系数(W/(m
·
K))；q
v
‑
材料相变潜热(J/kg)；Q
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热源强度(W/m3)。4.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟的飞机壁板焊接顺序优化方法，其特征在于步骤3所述的采用热弹塑性法，做如下假设：(1)材料的屈服行为服从米塞斯(von
‑
mises)屈服准则；(2)塑性区的行为服从塑性流动准则和强化准则；(3)弹性应变、塑性应变与温度应变是不可分的；(4)材料的机械性能参数随温度而变化；(5)不考虑粘性和蠕变的影响。随后建立焊接过程中飞机壁板应力应变与温度的关系式。材料处于弹性或塑性状态的应力应变关系为：{dσ}＝[D]{dε}
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨云龙，漆哲民，池金虎，王琦，
申请(专利权)人：南京航空航天大学无锡研究院，
类型：发明
国别省市：