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基于CEL方法的6005A铝合金搅拌摩擦焊数值模拟研究
被引量:
3
1
作者
李娅娜
解飞飞
张生芳
《精密成形工程》
北大核心
2025年第1期1-8,共8页
目的研究6005A铝合金搅拌摩擦焊接全过程温度场及焊后残余应力的分布规律。方法基于耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)方法,应用Johnson-Cook本构模型,并采用质量缩放技术,建立搅拌摩擦焊热力耦合仿真模型,模拟分析6005A铝合金搅拌摩擦焊不同阶...
目的研究6005A铝合金搅拌摩擦焊接全过程温度场及焊后残余应力的分布规律。方法基于耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)方法,应用Johnson-Cook本构模型,并采用质量缩放技术,建立搅拌摩擦焊热力耦合仿真模型,模拟分析6005A铝合金搅拌摩擦焊不同阶段的温度场变化和焊后应力分布情况。通过红外热像仪温度场试验、X射线应力场试验和宏观形貌试验,对数值模型进行验证。结果在下压与预热停留阶段,温度快速升高至545℃,且呈对称分布;在焊接阶段,焊缝区域最高温度为546℃,出现在返回侧,返回侧温度略高于前进侧温度,呈不对称分布。焊后残余应力集中在焊缝中心两侧40 mm范围内,垂直于焊缝方向的横向/纵向残余应力分布曲线呈“M”形;残余应力在焊缝两侧呈不对称分布,表现为返回侧残余应力高于前进侧残余应力,其中最大纵向残余应力为−174 MPa,最大横向残余应力为206 MPa,应力最大点均出现在返回侧。待测点实测温度与模拟温度误差不超过5%;待测点实测残余应力与仿真值吻合较好,横/纵向残余应力误差分别为16.3%、16.45%;模拟焊缝与实际焊缝宏观形貌吻合较好。结论在搅拌摩擦焊过程中,材料流动不充分使返回侧温度略高于前进侧温度,而焊接过程中不均匀的热分布导致焊后残余应力也呈返回侧数值略高于前进侧数值的不对称分布;通过将试验和模拟得出的温度场、应力场、宏观形貌进行对比分析,可知试验与仿真误差较小,数值模型能够反映真实的焊接过程,从而验证了6005A铝合金CEL数值模型的正确性。
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关键词
搅拌摩擦焊
6005A铝合金
CEL方法
温度场
残余应力
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职称材料
预测薄板搭接接头焊接变形的高精度二维壳模型
被引量:
1
2
作者
李娅娜
尹幸福
张生芳
《机械工程材料》
北大核心
2025年第8期79-85,共7页
以薄板搭接接头为研究对象,分别基于热弹塑性法和温度载荷法建立三维有限元模型和二维壳有限元模型;采用二维壳模型,改变搭接区域单元连接方式(壳单元、CE单元、CP位移耦合和梁单元)进行薄板搭接接头焊接变形模拟,确定最佳单元连接方式...
以薄板搭接接头为研究对象,分别基于热弹塑性法和温度载荷法建立三维有限元模型和二维壳有限元模型;采用二维壳模型,改变搭接区域单元连接方式(壳单元、CE单元、CP位移耦合和梁单元)进行薄板搭接接头焊接变形模拟,确定最佳单元连接方式,并利用所建三维模型模拟得到的固有应变对优化单元连接方式的二维壳模型进行修正;采用修正二维壳模型对焊接变形进行预测和试验验证,并与三维模型预测方法进行了对比,分析了二维壳模型中焊缝附近网格尺寸与固有应变的关系。结果表明:CP位移耦合连接方式为最佳单元连接方式。采用优化单元连接方式的二维壳模型模拟得到搭接接头上下母材侧边(平行于焊接方向,距焊缝中心125,62.5 mm)最大角变形与试验结果的相对误差分别为1.73%,2.81%,模型预测焊接变形的准确性高。与三维模型相比,二维壳模型的网格数量和计算时间均减少了90%以上,并且计算精度与三维模型相当。固有应变的校核系数与焊缝附近网格尺寸的1.085次幂成倒数关系;当焊缝附近网格尺寸为15 mm时,模拟得到角变形的最大相对误差仅为6.67%。
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关键词
温度载荷法
搭接接头
焊接变形
固有应变
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职称材料
考虑不同充液比例的净水箱随机振动疲劳分析
3
作者
于浩东
李晓峰
+1 位作者
张岱霖
赵春雷
《噪声与振动控制》
北大核心
2025年第6期104-110,共7页
随着高速动车组的不断提速,外部激扰导致车载设备出现疲劳破坏的问题愈加突出。净水箱作为动车组车载设备中的一种,充液比例会对其振动特性及疲劳寿命产生影响,因此需要对其进行区别于一般结构设备的研究。结合矩形充液容器的水平激振试...
随着高速动车组的不断提速,外部激扰导致车载设备出现疲劳破坏的问题愈加突出。净水箱作为动车组车载设备中的一种,充液比例会对其振动特性及疲劳寿命产生影响,因此需要对其进行区别于一般结构设备的研究。结合矩形充液容器的水平激振试验,对适用于充液结构流-固耦合分析的两种数值计算方法—“流体单元法”与“质量单元法”进行研究。研究结果表明,“质量单元法”的准确性及分析效率更好,并使用该方法针对某高速动车组的车载净水箱设备进行流-固耦合模态分析,对比总结盛液量对净水箱振动特性的影响。最后基于净水箱的前10阶模态分析结果,依据IEC 61373-2010标准,对车载净水箱设备进行横向激励下的随机振动疲劳分析。结果表明,随着设备内部充液比例的提高,净水箱的模态频率相应地降低,且其疲劳寿命呈现先急后缓的下降规律,可为高速动车组车载储液设备的设计开辟新的思路。
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关键词
振动与波
流-固耦合
充液比例
模态
随机振动
疲劳寿命
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职称材料
基于刚度贡献的地铁铝合金车体二次优化研究
4
作者
邱鑫宇
李娅娜
刘星宇
《机械强度》
2025年第11期128-134,共7页
在地铁车体结构的优化设计区域筛选中,常使用灵敏度方法,操作流程复杂烦琐且不能快速应用到车体结构的设计中;而基于刚度贡献度理论,在通过试验验证有限元模型精度后,将地铁铝合金车体的局部刚度与整体刚度相结合,可快速确定车体的主要...
在地铁车体结构的优化设计区域筛选中,常使用灵敏度方法,操作流程复杂烦琐且不能快速应用到车体结构的设计中;而基于刚度贡献度理论,在通过试验验证有限元模型精度后,将地铁铝合金车体的局部刚度与整体刚度相结合,可快速确定车体的主要优化区域;采用拓扑优化与尺寸优化相结合的方法,对车体结构进行二次优化设计研究。优化后的车体结构性能完全符合EN 12663标准,优化后车体质量减少了5.34%,1阶垂弯频率提升16%,其他模态频率也显著提高。此研究成果为其他地铁车体结构的优化设计提供了技术参考。
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关键词
地铁车体
刚度贡献度
拓扑优化
尺寸优化
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职称材料
题名
基于CEL方法的6005A铝合金搅拌摩擦焊数值模拟研究
被引量:
3
1
作者
李娅娜
解飞飞
张生芳
机构
大连交通大学中车学院
大连
交通大学
机车车辆工程
学院
大连
交通大学
机械工程
学院
出处
《精密成形工程》
北大核心
2025年第1期1-8,共8页
基金
国家自然科学基金(52075066)
辽宁省教育厅项目(LJKZ0497)。
文摘
目的研究6005A铝合金搅拌摩擦焊接全过程温度场及焊后残余应力的分布规律。方法基于耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)方法,应用Johnson-Cook本构模型,并采用质量缩放技术,建立搅拌摩擦焊热力耦合仿真模型,模拟分析6005A铝合金搅拌摩擦焊不同阶段的温度场变化和焊后应力分布情况。通过红外热像仪温度场试验、X射线应力场试验和宏观形貌试验,对数值模型进行验证。结果在下压与预热停留阶段,温度快速升高至545℃,且呈对称分布;在焊接阶段,焊缝区域最高温度为546℃,出现在返回侧,返回侧温度略高于前进侧温度,呈不对称分布。焊后残余应力集中在焊缝中心两侧40 mm范围内,垂直于焊缝方向的横向/纵向残余应力分布曲线呈“M”形;残余应力在焊缝两侧呈不对称分布,表现为返回侧残余应力高于前进侧残余应力,其中最大纵向残余应力为−174 MPa,最大横向残余应力为206 MPa,应力最大点均出现在返回侧。待测点实测温度与模拟温度误差不超过5%;待测点实测残余应力与仿真值吻合较好,横/纵向残余应力误差分别为16.3%、16.45%;模拟焊缝与实际焊缝宏观形貌吻合较好。结论在搅拌摩擦焊过程中,材料流动不充分使返回侧温度略高于前进侧温度,而焊接过程中不均匀的热分布导致焊后残余应力也呈返回侧数值略高于前进侧数值的不对称分布;通过将试验和模拟得出的温度场、应力场、宏观形貌进行对比分析,可知试验与仿真误差较小,数值模型能够反映真实的焊接过程,从而验证了6005A铝合金CEL数值模型的正确性。
关键词
搅拌摩擦焊
6005A铝合金
CEL方法
温度场
残余应力
Keywords
friction stir welding
6005A aluminum alloy
CEL method
temperature field
residual stresses
分类号
TG453.9 [金属学及工艺—焊接]
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职称材料
题名
预测薄板搭接接头焊接变形的高精度二维壳模型
被引量:
1
2
作者
李娅娜
尹幸福
张生芳
机构
大连交通大学中车学院
大连
交通大学
机车车辆工程
学院
大连
交通大学
机械工程
学院
出处
《机械工程材料》
北大核心
2025年第8期79-85,共7页
基金
国家自然科学基金资助项目(52075066)
辽宁省教育厅科学研究项目(LJKZ0497)。
文摘
以薄板搭接接头为研究对象,分别基于热弹塑性法和温度载荷法建立三维有限元模型和二维壳有限元模型;采用二维壳模型,改变搭接区域单元连接方式(壳单元、CE单元、CP位移耦合和梁单元)进行薄板搭接接头焊接变形模拟,确定最佳单元连接方式,并利用所建三维模型模拟得到的固有应变对优化单元连接方式的二维壳模型进行修正;采用修正二维壳模型对焊接变形进行预测和试验验证,并与三维模型预测方法进行了对比,分析了二维壳模型中焊缝附近网格尺寸与固有应变的关系。结果表明:CP位移耦合连接方式为最佳单元连接方式。采用优化单元连接方式的二维壳模型模拟得到搭接接头上下母材侧边(平行于焊接方向,距焊缝中心125,62.5 mm)最大角变形与试验结果的相对误差分别为1.73%,2.81%,模型预测焊接变形的准确性高。与三维模型相比,二维壳模型的网格数量和计算时间均减少了90%以上,并且计算精度与三维模型相当。固有应变的校核系数与焊缝附近网格尺寸的1.085次幂成倒数关系;当焊缝附近网格尺寸为15 mm时,模拟得到角变形的最大相对误差仅为6.67%。
关键词
温度载荷法
搭接接头
焊接变形
固有应变
Keywords
temperature load method
lap joint
welding deformation
inherent strain
分类号
TG404 [金属学及工艺—焊接]
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职称材料
题名
考虑不同充液比例的净水箱随机振动疲劳分析
3
作者
于浩东
李晓峰
张岱霖
赵春雷
机构
大连
交通大学
机车车辆工程
学院
大连交通大学中车学院
中
车齐齐哈尔车辆有限公司技术
中
心
出处
《噪声与振动控制》
北大核心
2025年第6期104-110,共7页
文摘
随着高速动车组的不断提速,外部激扰导致车载设备出现疲劳破坏的问题愈加突出。净水箱作为动车组车载设备中的一种,充液比例会对其振动特性及疲劳寿命产生影响,因此需要对其进行区别于一般结构设备的研究。结合矩形充液容器的水平激振试验,对适用于充液结构流-固耦合分析的两种数值计算方法—“流体单元法”与“质量单元法”进行研究。研究结果表明,“质量单元法”的准确性及分析效率更好,并使用该方法针对某高速动车组的车载净水箱设备进行流-固耦合模态分析,对比总结盛液量对净水箱振动特性的影响。最后基于净水箱的前10阶模态分析结果,依据IEC 61373-2010标准,对车载净水箱设备进行横向激励下的随机振动疲劳分析。结果表明,随着设备内部充液比例的提高,净水箱的模态频率相应地降低,且其疲劳寿命呈现先急后缓的下降规律,可为高速动车组车载储液设备的设计开辟新的思路。
关键词
振动与波
流-固耦合
充液比例
模态
随机振动
疲劳寿命
Keywords
vibration and wave
fluid-structure coupling
liquid filling ratio
modal
random vibration
fatigue life
分类号
O324 [理学—一般力学与力学基础]
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职称材料
题名
基于刚度贡献的地铁铝合金车体二次优化研究
4
作者
邱鑫宇
李娅娜
刘星宇
机构
大连
交通大学
机车车辆工程
学院
出处
《机械强度》
2025年第11期128-134,共7页
基金
国家自然科学基金项目(52075066)
辽宁省教育厅项目(LJKZ0497)。
文摘
在地铁车体结构的优化设计区域筛选中,常使用灵敏度方法,操作流程复杂烦琐且不能快速应用到车体结构的设计中;而基于刚度贡献度理论,在通过试验验证有限元模型精度后,将地铁铝合金车体的局部刚度与整体刚度相结合,可快速确定车体的主要优化区域;采用拓扑优化与尺寸优化相结合的方法,对车体结构进行二次优化设计研究。优化后的车体结构性能完全符合EN 12663标准,优化后车体质量减少了5.34%,1阶垂弯频率提升16%,其他模态频率也显著提高。此研究成果为其他地铁车体结构的优化设计提供了技术参考。
关键词
地铁车体
刚度贡献度
拓扑优化
尺寸优化
Keywords
Subway car body
Stiffness contribution degree
Topology optimization
Size optimization
分类号
U270.3 [交通运输工程]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于CEL方法的6005A铝合金搅拌摩擦焊数值模拟研究
李娅娜
解飞飞
张生芳
《精密成形工程》
北大核心
2025
3
在线阅读
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职称材料
2
预测薄板搭接接头焊接变形的高精度二维壳模型
李娅娜
尹幸福
张生芳
《机械工程材料》
北大核心
2025
1
在线阅读
下载PDF
职称材料
3
考虑不同充液比例的净水箱随机振动疲劳分析
于浩东
李晓峰
张岱霖
赵春雷
《噪声与振动控制》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
4
基于刚度贡献的地铁铝合金车体二次优化研究
邱鑫宇
李娅娜
刘星宇
《机械强度》
2025
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职称材料
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