[发明专利]预测时效强化铝合金TIG焊接头断裂过程的有限元模拟方法

说明书

一种预测时效强化铝合金TIG焊接头断裂过程的有限元模拟方法,包括以下步骤：S1建立接头拉伸力学行为分析的材料本构模型S2建立接头拉伸力学行为分析的物理模型，具体步骤如下：S3根据S1中材料本构模型和S2物理模型，构建接头力学行为分析的有限元模型，分析接头的力学行为。

技术领域

该技术属于有限元模拟领域，具体涉及一种预测时效强化铝合金TIG焊接头断裂过程的有限元模拟方法。

背景技术

我国新一代运载火箭贮箱结构材料为时效强化的2219铝合金，焊接方法为自动TIG焊。根据所经历的热循环不同，可将时效强化的2219铝合金熔化焊接头分为焊缝区(WZ)、部分熔化区(PMZ)、过时效区(OAZ)、热影响区(HAZ)、母材(BM)等区域(如图1所示)，各区域的组织及力学性能高度非均匀。焊缝(WZ)和部分熔化区(PMZ)由于存在不同程度的Cu元素偏析，力学性能显著降低，是接头中力学性能最薄弱的区域。热影响区中的过时效区(OAZ)，由于强化相发生长大形成稳定的θ相，强化效果下降，力学性能也下降明显。为弥补焊缝强度的不足，焊接接头通常保留一定的焊缝余高。余高的存在使接头成为几何不连续体，受载时焊趾处会出现应力集中。总之，时效强化的2219铝合金熔化焊接头具有几何与力学性能高度不均匀的特点，其在承载状态下的力学行为异常复杂。

目前，在贮箱设计时，将接头处的力学性能按母材强度的50％设计。这种对接头力学行为的描述过于简单，无法反映接头在实际贮箱中的真实受力情况、承载能力及破坏过程，制约了贮箱结构的优化设计。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种时效强化铝合金接头力学行为的有限元模拟方法，预测贮箱中的熔化焊接头在实际承载过程中的力学行为和断裂过程。

本发明的技术方案如下：一种预测时效强化铝合金TIG焊接头断裂过程的有限元模拟方法,包括以下步骤：

S1建立接头拉伸力学行为分析的材料本构模型

S2建立接头拉伸力学行为分析的物理模型，具体步骤如下：

S3根据S1中材料本构模型和S2物理模型，构建接头力学行为分析的有限元模型，分析接头的力学行为。

所述步骤S1包括以下步骤：

S(1.1)采用TIG焊工艺对平板进行对接焊，在距离焊缝中心由近及远相隔3～5mm距离的不同位置处预埋热电偶，用温度采集仪记录焊接过程中接头各个区域的温度-时间曲线；

S(1.2)根据步骤S(1.1)温度-时间曲线测量结果，制定热模拟控温参数，采用热模拟试验机分别制备接头的部分熔化区、过时效区、热影响区的热模拟试样；

S(1.3)在步骤S(1.1)焊接后的平板中截取焊缝拉伸试样，在步骤S(1.2)热模拟的试样中分别截取部分熔化区、过时效区、热影响区的拉伸试样，在母材中截取母材的拉伸试样；

S(1.4)对步骤S(1.3)制取的焊缝、部分熔化区、过时效区、热影响区、母材的拉伸试样进行单向拉伸试验，并用引伸计记录拉伸时的变形，获得拉伸时的力-变形曲线，根据力-变形曲线及试样截面积、引伸计标距，得到各区域拉伸时真应力-真应变曲线，根据各区真应力-真应变曲线，得到各区材料的线性极限应力σ₀、硬化指数n；