服役載荷下鋁鋰合金激光焊接T型接頭殘余應力的有限元分析*

周旭東，吳友發，陳 帥，占小紅

（南京航空航天大學材料科學與技術學院，南京211106）

Al–Li合金因為其卓越的性能，例如高比強度、低密度、良好的延展性和韌性，以及優異的耐腐蝕性，在航空航天領域中得到了廣泛的應用[1–4]。由于航空航天領域對結構減重的迫切需求，Al–Li合金蒙皮–桁條輕質結構的連接問題亟待解決[5–7]。盡管鉚接技術已經廣泛應用于蒙皮–桁條結構的連接，但它存在效率低、成本高等不可避免的缺點[8]。針對此問題，2003年，法國空中客車公司（Airbus）提出了雙激光束雙側同步焊接技術，并將其成功應用于蒙皮–桁條T型結構的連接，已實現T型結構壁板的批量生產[9]。

然而，國內對雙激光束雙側同步焊接過程中的殘余應力演變和性能變化研究尚且不足，特別是焊接過程中凝固、相變和收縮引起的殘余應力變化是焊接工程研究領域中極為重要的問題[10–11]。當受到外部服役載荷時，在焊接殘余應力的共同作用下，缺陷生長的速度增加，極大地減小了焊接結構的疲勞壽命[12–13]。因此，準確估算因受到焊接殘余應力和外部服役載荷共同作用而產生的潛在故障位置，對于確保結構的高效設計性和安全性至關重要。

本文研究目標是揭示服役載荷作用下T型接頭的應力狀態。首先，建立T型接頭的3D熱結構有限元模型，對其雙激光束雙側同步焊接過程進行數值模擬，并通過試驗進行驗證。隨后，將焊接后的殘余應力、應變分布和總等效塑性應變作為初始條件，進行有限元分析，以研究服役載荷下蒙皮–桁條T型結構的殘余應力演變規律。……