激光焊高强钢三明治板T型接头力学性能研究

【摘要】随着资源节约型社会的提出,对工业装备轻量化和可靠性提出了更高的要求。金属三明治板是由上面板、下面板和连接上下面板的芯板组成。三明治结构具有高的比刚度、低密度、绝热和防火、抗冲击等优点。焊接工艺以及三明治板的结构设计影响着整个三明治板的性能。本文以对舰船结构的轻量化为研究背景,以激光焊接船用960钢和780钢三明治板T型接头为主要研究对象,研究了T型接头弯曲刚度和屈服强度,以及接头失效的应力变化状态。本文首先分析了两种焊接母材的成分及焊接性,并测试了母材及不同焊接参数的焊缝的力学性能,试验结果表明,960母材具有较高的抗拉强度及屈服强度,其屈强比较高,母材的延伸率为16%,塑性较差。780母材也具有较高的屈服强度和抗拉强度,但是其延伸性较好。其次,对T型接头进行弯曲和剪切试验,分析了焊接功率、间隙、和偏移量对T型接头弯曲刚度和屈服强度的影响,试样结果表明连接宽度是影响接头弯曲刚度的主要因素,连接宽度越大则接头的弯曲刚度越大,焊接功率影响接头的组织及晶粒大小,焊接功率越高接头的屈服强度越大,当焊接功率较低时,弯曲断口为脆性断口。间隙和偏移量对接头的弯曲刚度影响不大,但是会降低接头的屈服强度。对试验结果进行统计分析,结合相关经验公式,定义了T型接头弯曲刚度和屈服强度。最后,使用商业有限元软件Abaqus模拟T型接头的弯曲过程及三明治板的三点弯曲试验,通过对T型接头弯曲过程的模拟,研究T型接头弯曲失效过程中的应力变化情况,同时研究了间隙、偏移及连接宽度对T型接头弯曲刚度和屈服强度的影响。使用有限元法对三明治板三点弯曲试验的模拟,分析了三明治板屈服到失效过程中接头及面板的应力变化情况,其中960三明治板的薄弱环节位于T型接头的焊缝,而780三明治板的薄弱环节位于面板,模拟所得的载荷挠度曲线与试验结果吻合,为三明治板的进一步优化提供了条件。
【作者】熊孝义；
【导师】乔及森；
【作者基本信息】兰州理工大学，材料加工工程，2014，硕士
【关键词】三明治板；T型接头；弯曲刚度；屈服强度；激光焊接；

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