焊接構架側梁殘余應力數值模擬分析.pdf

1、轉向架作為機車車輛的主要部件，對行車安全起著至關重要的作用，而構架又是轉向架的重要承載和傳力構件，一般情況下構架由箱型結構梁組焊而成。由于焊接過程中不可避免地產生殘余應力，在一定條件下，殘余應力的存在使焊接構架在使用過程中產生裂紋甚至開裂，產生安全隱患。常用的降低或消除焊接殘余應力的方法是在焊后采用熱處理或機械處理，但這些方法在沒有前期測量分析的情況下實施，消除效果的不確定性較大。因此，預報、測量和分析焊接殘余應力，根據其產生的原因和存

2、在的規(guī)律性，采取相應的技術措施減少其大小、改善其分布，這對提高焊接結構承載能力、延長其使用壽命具有重要的工程實用價值。 本文分析了焊接殘余應力數值模擬技術的特點以及國內外焊接應力研究現狀和進展，其中有限元數值分析方法受物體幾何形狀、邊界條件和物理特性的限制較少，實用性強、應用靈活等特點，越來越受到有關研究人員的關注，但目前在焊接領域的應用尚不十分廣泛。因此，本文在限元分析理論的基礎上，分別給出了焊接溫度場及應力場的數學模型及有限

3、元求解方法。以熱-彈塑性有限元法為基礎，采用有限元分析軟件ANSYS對T型焊接接頭和箱型結構梁焊接過程中的溫度場、動態(tài)應力以及焊后殘余應力進行了數值模擬分析。針對焊接轉向架構架側梁的殘余應力數值模擬分析計算量大、時間步長難以確定、計算結果難以收斂等問題，對單元的選擇、網格的劃分、時間步長的選擇以及邊界條件參數的規(guī)范進行了研究，采用形狀規(guī)則的無中間節(jié)點的三維實體六面體單元進行網格劃分，在近熱源區(qū)域采用極細網格，遠熱源區(qū)域則采用稀疏網格，較

4、大程度地提高了計算效率。焊接熱源的加載及焊縫金屬填充過程的模擬是焊接數值模擬技術的難點之一，本文采用單元生死技術模擬焊縫金屬的填充過程，得到了與經典理論相符合的計算結果；采用高斯熱源模型模擬焊接熱源，并通過ANSYS參數化設計語言APDL編程模擬熱源移動，得出了T型焊接接頭及箱型結構梁的焊接溫度場、熱應力場及殘余應力的演化規(guī)律，為復雜焊接結構的數值模擬研究的可行性提供了依據。 影響箱型結構梁殘余應力的因素很多，其中焊接順序對殘余