機(jī)車車輛焊接結(jié)構(gòu)熱成型仿真.pdf

1、輕量化焊接構(gòu)架是現(xiàn)代機(jī)車車輛轉(zhuǎn)向架的關(guān)鍵承載部件之一,其強(qiáng)度可靠性對(duì)機(jī)車車輛的安全運(yùn)行起著決定性的作用。輕量化構(gòu)架的主要承載部件采用箱型薄板焊接結(jié)構(gòu),在焊接成型過(guò)程中,由于熱量在瞬時(shí)急劇增加,隨后在室溫環(huán)境冷卻,其使成型結(jié)構(gòu)存在顯著的殘余應(yīng)力。為了降低焊接殘余應(yīng)力和焊接變形,優(yōu)化焊接工序,分析焊接成型過(guò)程具有較高的工程價(jià)值和意義。
　　 由于金屬材料中熱傳導(dǎo)的速度非常快,要使焊縫達(dá)到完全熔化,必須施加高度集中的熱源,從而產(chǎn)生極其

2、不均勻、穩(wěn)定的溫度場(chǎng),這是產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和變形的根本原因。由于焊接熱源及其附近的溫度場(chǎng)分布不均勻,致使在空間上模擬焊接熱源的局部區(qū)域需要很細(xì)的網(wǎng)格,時(shí)間上需要很小的時(shí)間步長(zhǎng),才能較精確地模擬焊接過(guò)程。此外,在焊接過(guò)程中,由于結(jié)構(gòu)幾何和材料的高度非線性,導(dǎo)致計(jì)算收斂比較困難,不得不使得迭代次數(shù)的增加,計(jì)算時(shí)間冗長(zhǎng)。
　　 本文綜述了國(guó)內(nèi)外關(guān)于焊接溫度場(chǎng)、焊接應(yīng)力、變形現(xiàn)狀及焊接成型數(shù)值模擬技術(shù)難點(diǎn),系統(tǒng)地論述了焊接熱過(guò)程的有限元

3、分析理論和焊接殘余應(yīng)力與變形基本理論。為了更加精確地模擬焊接過(guò)程,重點(diǎn)研究了適合角接接頭焊接的熱源模型,把當(dāng)前幾種廣泛應(yīng)用的熱源模型都應(yīng)用于角接接頭的焊接過(guò)程數(shù)值模擬,通過(guò)結(jié)果對(duì)比,得出最適合的熱源模型是均勻熱源模型。對(duì)于大型焊接結(jié)構(gòu),由于焊縫區(qū)域及其附近需要細(xì)化網(wǎng)格,其有限元計(jì)算模型規(guī)模巨大,且計(jì)算時(shí)間冗長(zhǎng)。針對(duì)此問(wèn)題,本文將子結(jié)構(gòu)技術(shù)應(yīng)用到焊接過(guò)程數(shù)值模擬中,得出全結(jié)構(gòu)與子結(jié)構(gòu)的兩種計(jì)算結(jié)果在焊縫及距離焊縫較近的區(qū)域(非子結(jié)構(gòu)區(qū)域)

4、焊接殘余應(yīng)力基本一致,只是在遠(yuǎn)離焊縫的區(qū)域焊接殘余應(yīng)力分布稍有不同,其對(duì)結(jié)果影響不大,而且采用RESOLVE擴(kuò)展方法與全結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果在遠(yuǎn)離焊縫的區(qū)域會(huì)更加接近。
　　 本文通過(guò)對(duì)某地鐵動(dòng)力車轉(zhuǎn)向架構(gòu)架箱型側(cè)梁6條主焊縫的焊接溫度場(chǎng)、焊接動(dòng)態(tài)應(yīng)力和變形場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬,得出了箱型側(cè)梁焊接過(guò)程的溫度、動(dòng)態(tài)應(yīng)力和變形的變化規(guī)律,以及最終冷卻后的殘余應(yīng)力和變形,實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用三維實(shí)體有限元模型對(duì)大型結(jié)構(gòu)焊接過(guò)程進(jìn)行準(zhǔn)確數(shù)值模擬的應(yīng)用,為后續(xù)研