超大型齿轮冷热态焊接温度场数值分析

发布时间：2020-04-19 13:38

【摘要】：随着我国加大在基建、工业等领域的投入,机械行业已然到了关键期,需要配套大量的重型设备。传统的齿轮坯料都是采用铸造成型,若超大型齿轮仍然采用铸造工艺生产,将会产生巨大的制造成本。如今可以使用焊接的方法制造出更高质量的超大型齿轮,不仅能够节省材料和制造成本,还能提高生产效率。由于齿轮材质均为合金钢,可焊性差,焊接后需进行高温退火,若没有很好的焊接工艺控制,极易产生裂纹。本文从热/弹塑性理论着手,利用ANSYS软件对超大齿轮的焊接进行温度场与应力场三维数值仿真,用来分析焊件的温度场、焊接过程应力场的变化及焊后冷却产生的残余应力,并且比较了不同焊前预热温度和焊接速度对它们的影响。本文主要做了如下几个方面的研究工作:1.建立了超大型齿轮的焊接温度场和焊接应力变场三维移动热源有限元分析模型。要兼顾计算精度与计算速度,在对模型进行网格划分时,离焊缝区比较近的位置采用精密尺寸,在相对较远的位置选择粗略的尺寸。再划定恰当的时间子步,利用ANSYS APDL语言进行编程,完成“单元生死”和移动热源模拟焊接熔敷的过程。2.本文在模拟计算时,采用的是间接法,只考虑温度场对应力场的单向耦合作用。即先计算温度场,再进行焊接应力场的计算。这样可以节省大量的时间,使计算过程较为合理、高效。3.通过模拟结果对不同时刻的焊接温度场分布情况以及不同点的热循环曲线进行分析,比较了不同焊前预热温度和焊接速度下的温度场分布及特定点的热循环。得出焊前预热温度和焊接速度对焊接接头及热影响区的影响规律,为焊接工艺改进提供了重要的依据。4.对超大齿轮的焊接应力场进行三维动态模拟时,得到不同类型的应力在整个齿轮构件内部以及三大主方向(轴向、径向和周向)的分布情况,可以查看焊接过程任何时刻的云图。
【图文】：

强弱关系,焊接材料,属性

[28]。它们之间的相互关系如图 2-1 所示。图 2-1 焊接材料不同属性之间的强弱关系图 2-1 中着重突出的是相变行为的作用，并列举出在有限元分析中需要的一些参量。在对焊件进行热力学分析时，将会重点关注温度场、应力场和显微组织之间相互作用，其余因素将作弱化考虑[29]。因此图 2-1 可简化为图 2-2。2.3 焊接有限元模型的简化

强弱关系,模块

图 2-2 焊接主要模块之间的强弱关系图 2-2 可直观的看出，对焊接应力应变有较大作用的因素是温度场织，而反过来的作用很微弱，它们之间的关系是不对等的，在进行时，只会进行单向耦合作用，仅作温度场对应力场的单向作用，而。在实际的焊接仿真中也是这么做的，，本课题只分析焊接温度场对单向作用[30]。轮三维模型的建立轮几何模型的建立文的 JH36-400 机压机重载双联齿轮的实际三维装配体如图 2-3，其主要物理参数，见表 2-1。
【学位授予单位】：安徽建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH132.41;TG44

【参考文献】