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超声波塑料焊接温度场做有限元分析的重要性

来源:发布时间:2019-02-15 17:04:05点击率:

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     超声波塑料焊接几乎克服了传统塑料焊接工艺的弊端,具有极好的应用前景,超声波塑料焊接是涉及多学科的交叉学科,焊接过程中塑料高分子的融化状态并没有明显的阶段性,而且焊接区域还伴随熔融塑料的流变行为和未融化塑料的形变,使得焊接区域熔接行为变得复杂,如此复杂的过程,在极为短暂的时间里完成,难以观察。上述诸多因素,使得超声波塑料焊接机理研究具有较大难度,目前关于超声波塑料焊接机里还没有令人信服的解释,影响了超声波塑料焊接优点的发挥,制约了超声波塑料焊接的推广和应用。
   针对超声波塑料焊接质量影响因素多机理的认识不够完善,且继续完善和发展的特点,结合国内外对超声波塑料焊接的研究现状和已有的研究成果,名扬超声波以实际应用为背景,从基础理论出发建立适合焊接区域温度测量的实验装置,要用现代数值计算技术,把焊接过程中焊接区域材料的熔接行为研究推进一步,探索不同焊接区部位塑料的溶接特征和规律。为揭示压力和温度的作用,下塑料的流变规律和形变规律,焊接接头结构等因素对焊接的影响规律,进一步建立焊接工艺参数的优化模型和焊接头型变的理论模型,建立关于焊接过程中温度场用立场和塑料流变规律的理论模型,形成较为完善的超声波塑料焊接基础理论体系和相应的工艺规范鉴定基础。
焊接质量的影响因素,并通过实验明确各个工艺参数对塑料焊接质量和融化层厚度的影响程度,通过数值模拟的方法模拟了超声波在焊接过程中的温度场、应力场和形变;指出焊接时融化材料的铺展过程,对于焊接温度场和应力场分布的作用巨大。对超声波塑料焊接过程中塑料融化过程中提出了自己的见解,提出了研究超声波塑料焊接机理比较好的方法和研究目标。
   我们通过实验利用PVC在不同温度下的颜色变化特征以及塑料融化层的厚度模拟结果和实验结果的比较来进行验证。这种验证的方法比较粗糙,因为塑料的材质不是单一组成的,数列中含有许多杂质、填料、增塑剂等,材料的物理性表现出各向异性,焊接接头处的颜色外观判断,可以为焊接情况提供参考,但要进一步得出令人信服的结论,需要建立精确的用于短时、温度快、小区域的温度测量系统,测量焊接区域单点性质,多点温度变化情况,另外对超声波塑料焊接温度场的数值模拟还有待完善。由于超声波塑料焊接是个短时问生快小区发生的过程,对温度的实时测量存在很大的困难,国内外这方面的材料比较少。
    超声波塑料焊接温度场的有限元分析,主要采用有限元分析软件Ansys对焊接接头的温度变化过程进行模拟。针对超声波塑料焊接瞬时、高压以及焊接区域狭窄的特点,为了提高温度检测的效率,建立以PC机和数字储存示波器为硬件平台。以HP VEE为软件平台的自动检测装置检测焊接过程中融化区域的温度变化,并在基础上建立温度场,多点检测装置。把焊接区域温度检测结果和温度场有限元模拟结果结合起来,分析焊接区域熔接状态,检测焊接区不同点温度变化情况,分析导能筋的融化情况,为研究焊接机理,建立焊接工艺规范做指导。

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