西安交通大学信息机电研究所西安交通大学模具与先进成形技术研究所技术研究特色西安交通大学工业三维摄影测量技术发展路线三维全场变形技术概述面向复杂机械和新型材料运行工况下或现场使用单位简介研究生招生XTDICXTDVCXTRTXTMicroXTDIC 3D控制箱数字散斑全场应变XTDP三维光学测量坐标变换XTDCAL工业近景摄影测量XTSD静态变形XTDA大型飞机风洞大视场高速运动物体动态变形和运动轨迹XTSOXTOMXTOM INSPECTOR三维扫描仪XTFLC板料热成形三维全场应变检测试验机XTSM板料和管材胀形成形试验的三维全场变形检测系统板料成形膜结构双轴双向拉伸试验机双轴四缸电液伺服静态、动态、疲劳试验机双向对称微拉伸试验机(用于光学和电子显微镜)TOMS-汽车模具三维光学快速检测系统专用系统核心技术:复杂工况三维全场动态变形检测技术关键技术产品应用领域系列产品概述三维全尺寸快速检测解决方案:大型复杂工件产品的反求和快速质量检测其他光学体式显微镜测量板料液压胀形试验的三维全场变形检测数据动画演示泡沫铝物体内部变形测量实验板料成形极限FLC快速测定(3D-DIC)飞机风洞模型三维全场应变检测(数字图像相关法)一种基于DIC技术识别焊缝材料参数的新方法高温三维全场应变测量(3000摄氏度以内)高速拉伸变形技术发展路线高速冲击振动模态分析实验---数字散斑应用圆棒试件疲劳实验汽车车桥的静态变形和数字散斑三维全场应变实验木材压缩和弯曲性能试验----全场应变分析型号和配置------XTDIC数字散斑应变测量分析一般测量步骤 XTDIC数字散斑系统计算步骤-----XTDIC数字散斑系统显示和编辑计算结果----XTDIC散斑系统输出功能------XTDIC数字散斑系统大幅面三维全场应变测量视频----XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统沙土全场变形实验-相似材料钛合金试件压缩变形三维数字散斑试验拉伸试验三维全场应变测量总体功能--XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统主要功能---XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统变形分析功能--XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析分析曲线功能---XTDIC三维数字散斑动态应变测量报表功能---XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统截线分析---XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统等势线分析--XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析XTDIC数字散斑系统与电子引申计比对试验XTDIC三维数字散斑动态应变测量分析系统三维全场应变测量分析重型卡车车架和车门全方位静态变形和全场应变检测发动机活塞缸体受力三维静态变形实验相似材料模型变形实验-标志点变形和全场变形两种方法复合材料节点试验---基于XTSD的三维静态变形测量大型结构件大变形三维摄影测量相似材料模型实验-光学三维变形测量变形分析应用大尺寸大变形静态测量某汽车覆盖件冲压全场应变检测步骤和流程汽车覆盖件(长到6米)板料冲压全场应变三维检测板料成形极限FLC试验板料剪切实验装置大型汽车模具制件的实际板料成形三维全场应变检测数字图像相关法(散斑应变)在板料力学性能测试中的应用板料成形网格应变测量实验快速使用说明---XTSM板料成形应变测量分析系统评估模式说明-----XTSM板料成形分析计算模式-XTSM板料成形网格应变分析系统三维点云处理---XTSM板料成形网格应变分析系统网格模式---XTSM板料成形网格应变分析系统XTSM板料成形应变测量分析系统板料成形网格变形分析楼房振动变形实验飞机风洞模型静态变形测量飞机结构件运动特性的动态视觉测量系统动态变形和运动轨迹汽车模具快速质量检测和比对分析路面构造三维扫描及三维坐标获取TOMS汽车模具摄影测量系统实现汽车模具实型数字化检测汽车模具三维光学系统应用于汽车覆盖件回弹的计算三维检测应用比对分析和质量检测焊接过程高温三维全场应变实时检测焊接失稳变形光学非接触三维检测的研究三维全场变形应变系统在焊接学科的研究和应用焊接过程三维全场应变检测实验采用XTSD静态变形系统的焊接过程三维变形检测实验采用XTOM面扫描系统进行焊接变形实验焊接变形试验--光学三维动态变形测量大尺寸无缝焊接管道三维测量和变形分析焊接变形和应变分析船用螺旋桨叶片检测大型飞机三维光学快速测量建模关键技术研究大型水轮机叶片、汽轮机叶片、船舶螺旋桨的快速检测手机零部件三维测量测量实例三维光学测量的应用领域逆向设计应用客车逆向设计快速建模案例轿车、客车、卡车、火车等车辆的组装后产品质量检测大型挖掘机铲斗模型的建模和测量测量实例 测量系统软件界面三维扫描测量实例 逆向和检测汽车模具检测案例 大型泡沫和铸件快速检测其他测量案例行业应用复杂工况三维全场动态变形 检测技术三维全场变形技术概述应变(strain)工业摄影测量光束平差(捆绑调整)自标定方法数字图像相关法(Digital Image Correlatiom,DIC)工业数字近景摄影测量与机器视觉的关系机器视觉(Machine Vision)工业数字近景摄影测量Photogrametry国内外DIC相关研究链接国内外三维检测Strain Measurement by Digital Image Correlation数字散斑全场应变分析工业近景摄影测量静态大尺寸大变形动态变形和运动轨迹三维扫描和建模板料成形网格变形分析焊接变形和应变分析比对分析和质量检测点云处理和三角化相机标定其他综述
一种基于DIC技术识别焊缝材料参数的新方法

摘要:

一种准确获得拼焊板材料属性的方法。利用DIC光学三维应变测试系统得到拼焊板试件焊缝区域颈缩时的主、次应变值,利用力学公式推导出焊缝区域的硬化指数(n)。根据工程经验,两种材料的硬度和屈服应力符合比值关系,利用对拼焊板厚度方向进行硬度测试获得拼焊板各区域的硬度,根据本文推导出的力学公式得到焊缝的强度系数(k),从而获得焊缝的材料参数。焊缝两边的热影响区材料参数差别很大,进行分区,其材料参数为母材和焊缝的均值。最后,建立有限元模型,利用ABAQUS软件进行有限元仿真,将混合法、共节点法和本文提出的方法所得到的材料参数分别代入到仿真模型中与拉伸实验进行比较;另外,将仿真得到的拼焊板试件在拉伸过程中的应变图和DIC获得的应变图进行比较,验证本文提出的方法的准确性。



激光拼焊板是指将两块或两块以上的薄板在冲压成形前用激光焊接在一起,然后进行成形,以满足不同部位零件的性能要求。随着现代社会对环境保护、资源节约和可持续发展的重视。航空和汽车业促进了重量轻、高性能和低成本技术的发展。拼焊板的应用正是适应了社会发展的潮流,可以降低重量及成本,从而使拼焊板技术成为汽车制造业和航空业最有发展潜力的一种技术。而双相钢(DP钢)由于很高的强度和延展性,在汽车工业中运用的越来越多。


目前,国内外有关激光拼焊板力学性能研究的报道不多,尤其是高强度钢板激光拼焊板的研究就更少,只有少部分学者对其进行了研究,并取得了一定的研究成果。Abdullah et al 等[2] 利用混合法,通过拉伸试验、金相组织和硬度测试实验,确定由AISI 1005 和STM A370焊接成的拼焊板的材料属性,这种方法的缺陷就是忽略了HAZ区域的影响;Zhao et al.、Lee et al和Kim et al[3-5]利用混合法,同时考虑焊缝和热影响区(HAZ)区域,对母材和只含焊缝的小试件进行拉伸试验,求得拼焊板个区域的材料属性,这种方法的缺陷就是只适用于那些HAZ区域很宽的试件。香港理工大学的C.H.Cheng [6-7]利用激光在焊缝区域打上直径为1mm和深度为10um的圆形栅格,并且为了尽量减少母材和HAZ区域的影响,其切割出的拉伸试件宽度只有1.5-2mm,在拉伸的过程中,有一个实时摄像记录系统,记录下试件上的栅格变化和拉伸机的载荷变化,利用塑性体积不变假设,可以得到焊缝区域的真实应力应变曲线,这种方法的缺陷就是激光产生的栅格对焊缝力学性能会有很大的影响。A. Reis 和A.P. Roque [9-10]利用屈服应力和材料硬度的比值关系,得到低碳钢拼焊板的各区域的材料参数。S. Brauser利用DIC技术记录焊点的局部和全场应变分布。V. Savic[12]利用DIC记录AHSS(超高强钢)在拉伸过程中的各区域的详细的应变变化。


国内也有部分学者对拼焊板的力学性能和成形性进行拼焊板平面应力状态本构关系,张士宏[13]等通过横向和纵向拉伸试验对拼焊板的塑性变形能力进行了测试和分析研究。同济大学的林建平和孙东继[14-15]等人基于一系列的假设和弹塑性形变理论,推导出焊缝对拼焊板纵向拉伸成形性能的影响规律和拼焊板平面应力状态本构关系。上海交通大学的施欲亮对拼焊板轻量化进行了优化设计研究,并提出了一种新型焊缝单元。陆鹏等人利用DIC技术对焊点在均匀热载荷下的变形进行了分析。


前面的研究通过单向拉伸试验对拼焊板的力学性能有了一定的研究,但对于结合DIC技术和硬度测试实验确定拼焊板焊缝和热影响区域材料属性的方法却很少有研究。本文以母材为DP600和DP980、厚度为2mm的同厚异材激光拼焊板为研究对象,焊缝布置形式为纵向布置,通过对拼焊板试件表面进行散斑处理,利用DIC设备,记录下拉伸过程中的各区域的应变,利用这些应变得到焊缝区域的n值。同时通过对拼焊板厚度方向测试一系列的硬度点,得到拼焊板各区域的硬度值,根据公式和前面得到的材料n值,利用硬度和屈服应力的关系,可以得到焊缝区域的K值,将这些材料参数代入到仿真模型中,和实际的拉伸试验得到的载荷位移曲线进行对比,验证方法的准确性。


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3 DIC测试系统

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