基于数值仿真的铝合金车钩面板焊接变形及残余应力分析
发布时间：2022-07-12 12:08
铝合金具有优良的导电性、导热性、耐蚀性,以及密度小和塑性加工性能强等一系列特性,已广泛应用于交通运输等装备制造领域。车钩面板作为高速列车的重要部件,采用铝合金厚板焊接而成,其焊接质量关乎列车的运行安全。然而铝合金具有强的氧化能力、较大的热导率和热膨胀系数,焊后易产生变形、残余应力等问题,影响着车钩面板的装配与承载能力,进而影响材料的疲劳性能,甚至引起整车行驶时脱轨的隐患。因此,控制变形和残余应力已经成为车钩面板正常使用的重要前提。本文采用数值仿真的方法,模拟铝合金车钩面板MIG焊与搅拌摩擦焊的焊接过程,开展了面向变形控制的焊接工艺和焊接方法优化研究。首先,基于热弹塑性有限元法,建立车钩面板MIG焊的热源模型,并通过与实际接头的宏观形貌对比进行校核。在此基础上,完成车钩面板MIG焊的焊接过程仿真,得到焊接变形与残余应力场。通过与实际变形结果对比,验证模型的准确性与可行性。针对其变形控制问题,提出三种不同的反变形工艺优化方案。通过对比计算结果选出了最好的反变形方案,可在几乎不影响车钩面板残余应力的情况下,最大程度上降低焊接变形,改善车钩面板的平面度。在上述工作的基础上,研究了使用搅拌摩擦焊...
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 焊接变形的产生与控制
1.2.1 焊接变形的产生
1.2.2 焊接变形的控制措施
1.3 焊接数值模拟研究现状
1.3.1 熔化焊数值模拟研究现状
1.3.2 搅拌摩擦焊研究现状
1.4 本文主要研究内容
1.5 本章小结
第二章 焊接数值模拟仿真理论
2.1 焊接温度场有限元分析理论
2.2 焊接应力和变形分析理论
2.2.1 热弹塑性法
2.2.2 热力耦合方法
2.2.3 固有应变法
2.3 本章小结
第三章 车钩面板MIG焊接过程建模与仿真
3.1 车钩面板的结构与成型工艺
3.1.1 车钩面板的几何结构
3.1.2 车钩面板的材料
3.1.3 车钩面板的MIG焊接工艺
3.2 车钩面板MIG焊接过程有限元建模
3.2.1 网格模型的建立
3.2.2 材料模型的建立
3.2.3 边界条件的建模
3.3 焊接热源温度场建模与应用
3.3.1 焊接热源模型的分类
3.3.2 焊接热源模型的选择
3.3.3 面向实际工程应用的热源简化处理
3.4 车钩面板的焊接过程仿真结果分析
3.4.1 焊接变形情况
3.4.2 残余应力情况
3.5 基于反变形的车钩面板焊接变形控制
3.5.1 焊接变形与对比
3.5.2 残余应力与对比
3.6 本章小结
第四章 车钩面板FSW焊接过程建模与仿真
4.1 局部结构的顺序热力耦合有限元分析
4.1.1 热源模型
4.1.2 搅拌头作用力模型
4.1.3 局部结构有限元建模
4.1.4 车钩面板局部结构仿真结果与分析
4.2 固有应变的提取
4.3 车钩面板整体有限元模型的建立与FSW焊接变形的仿真分析
4.3.1 车钩面板有限元建模
4.3.2 全尺寸车钩面板计算结果
4.4 本章小结
第五章 车钩面板MIG与FSW焊接仿真结果与工艺特点对比
5.1 变形结果对比分析
5.2 残余等效应力结果对比分析
5.3 焊接工艺对比
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间参与的科研项目
攻读硕士期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]6005A-T6铝合金车钩面板多层多道焊残余应力与变形规律的数值分析[J]. 杜文普,钮旭晶,郁志凯,杨鑫华. 电焊机. 2018(03)
[2]基于Sysweld的T形管焊接件温度及应力应变场数值模拟分析[J]. 李智钟,周建平,许燕,李丙如. 焊接学报. 2016(04)
[3]基于SYSWELD的局部模型多层多道焊模拟仿真[J]. 张旭,瞿海雁. 河北联合大学学报(自然科学版). 2015(04)
[4]铝合金双脉冲MIG焊过程的温度及应力变形模拟[J]. 曹淑芬,陈铁平,易杰,郭鹏程,李落星. 中国有色金属学报. 2014(07)
[5]铝合金列车侧墙搅拌摩擦焊变形模拟仿真与工艺优化[J]. 张亚,朱志民,史清宇,贾津耀. 电焊机. 2014(04)
[6]铝合金货车侧墙多道焊变形预测[J]. 杨鑫华,郭太金,许永辉,赵欣. 大连交通大学学报. 2014(01)
[7]搅拌摩擦焊接残余应力及残余变形数值分析[J]. 张正伟,张昭,张洪武. 计算力学学报. 2013(S1)
[8]浅析城轨车辆铝合金车体焊接工艺[J]. 李湘军,张益. 科技创新与应用. 2013(16)
[9]焊接钢梁残余应力有限元分析[J]. 范泽,张系斌,魏伟. 山西建筑. 2012(07)
[10]搅拌摩擦焊接的热力耦合分析模型[J]. 鄢东洋,史清宇,吴爱萍,JUER GEN Silvanus,张增磊. 机械工程学报. 2010(16)
博士论文
[1]焊接变形预测与控制的数值方法研究及工程应用[D]. 李娅娜.大连交通大学 2010
[2]铝合金薄壁结构搅拌摩擦焊热—力学过程的研究及模拟[D]. 鄢东洋.清华大学 2010
硕士论文
[1]铝合金搅拌摩擦焊热—力学过程仿真与应用[D]. 李程锦.大连交通大学 2017
[2]地铁铝合金牵引梁MIG焊接工艺分析及变形控制[D]. 刘应世.哈尔滨工业大学 2015
[3]高速列车铝合金车体关键部位焊接数值仿真[D]. 袁永文.大连交通大学 2014
[4]铝合金货车侧墙多道焊变形仿真与焊序优化[D]. 郭太金.大连交通大学 2013
[5]基于固有应变法预测转向架焊接变形的研究[D]. 朱平.天津大学 2012
[6]搅拌摩擦焊温度场数值模拟研究[D]. 陈婷.东北大学 2012
[7]厚板对接焊残余应力分布研究[D]. 雷加静.武汉理工大学 2010
本文编号：3659098
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 课题研究背景
1.2 焊接变形的产生与控制
1.2.1 焊接变形的产生
1.2.2 焊接变形的控制措施
1.3 焊接数值模拟研究现状
1.3.1 熔化焊数值模拟研究现状
1.3.2 搅拌摩擦焊研究现状
1.4 本文主要研究内容
1.5 本章小结
第二章 焊接数值模拟仿真理论
2.1 焊接温度场有限元分析理论
2.2 焊接应力和变形分析理论
2.2.1 热弹塑性法
2.2.2 热力耦合方法
2.2.3 固有应变法
2.3 本章小结
第三章 车钩面板MIG焊接过程建模与仿真
3.1 车钩面板的结构与成型工艺
3.1.1 车钩面板的几何结构
3.1.2 车钩面板的材料
3.1.3 车钩面板的MIG焊接工艺
3.2 车钩面板MIG焊接过程有限元建模
3.2.1 网格模型的建立
3.2.2 材料模型的建立
3.2.3 边界条件的建模
3.3 焊接热源温度场建模与应用
3.3.1 焊接热源模型的分类
3.3.2 焊接热源模型的选择
3.3.3 面向实际工程应用的热源简化处理
3.4 车钩面板的焊接过程仿真结果分析
3.4.1 焊接变形情况
3.4.2 残余应力情况
3.5 基于反变形的车钩面板焊接变形控制
3.5.1 焊接变形与对比
3.5.2 残余应力与对比
3.6 本章小结
第四章 车钩面板FSW焊接过程建模与仿真
4.1 局部结构的顺序热力耦合有限元分析
4.1.1 热源模型
4.1.2 搅拌头作用力模型
4.1.3 局部结构有限元建模
4.1.4 车钩面板局部结构仿真结果与分析
4.2 固有应变的提取
4.3 车钩面板整体有限元模型的建立与FSW焊接变形的仿真分析
4.3.1 车钩面板有限元建模
4.3.2 全尺寸车钩面板计算结果
4.4 本章小结
第五章 车钩面板MIG与FSW焊接仿真结果与工艺特点对比
5.1 变形结果对比分析
5.2 残余等效应力结果对比分析
5.3 焊接工艺对比
5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士期间参与的科研项目
攻读硕士期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]6005A-T6铝合金车钩面板多层多道焊残余应力与变形规律的数值分析[J]. 杜文普,钮旭晶,郁志凯,杨鑫华. 电焊机. 2018(03)
[2]基于Sysweld的T形管焊接件温度及应力应变场数值模拟分析[J]. 李智钟,周建平,许燕,李丙如. 焊接学报. 2016(04)
[3]基于SYSWELD的局部模型多层多道焊模拟仿真[J]. 张旭,瞿海雁. 河北联合大学学报(自然科学版). 2015(04)
[4]铝合金双脉冲MIG焊过程的温度及应力变形模拟[J]. 曹淑芬,陈铁平,易杰,郭鹏程,李落星. 中国有色金属学报. 2014(07)
[5]铝合金列车侧墙搅拌摩擦焊变形模拟仿真与工艺优化[J]. 张亚,朱志民,史清宇,贾津耀. 电焊机. 2014(04)
[6]铝合金货车侧墙多道焊变形预测[J]. 杨鑫华,郭太金,许永辉,赵欣. 大连交通大学学报. 2014(01)
[7]搅拌摩擦焊接残余应力及残余变形数值分析[J]. 张正伟,张昭,张洪武. 计算力学学报. 2013(S1)
[8]浅析城轨车辆铝合金车体焊接工艺[J]. 李湘军,张益. 科技创新与应用. 2013(16)
[9]焊接钢梁残余应力有限元分析[J]. 范泽,张系斌,魏伟. 山西建筑. 2012(07)
[10]搅拌摩擦焊接的热力耦合分析模型[J]. 鄢东洋,史清宇,吴爱萍,JUER GEN Silvanus,张增磊. 机械工程学报. 2010(16)
博士论文
[1]焊接变形预测与控制的数值方法研究及工程应用[D]. 李娅娜.大连交通大学 2010
[2]铝合金薄壁结构搅拌摩擦焊热—力学过程的研究及模拟[D]. 鄢东洋.清华大学 2010
硕士论文
[1]铝合金搅拌摩擦焊热—力学过程仿真与应用[D]. 李程锦.大连交通大学 2017
[2]地铁铝合金牵引梁MIG焊接工艺分析及变形控制[D]. 刘应世.哈尔滨工业大学 2015
[3]高速列车铝合金车体关键部位焊接数值仿真[D]. 袁永文.大连交通大学 2014
[4]铝合金货车侧墙多道焊变形仿真与焊序优化[D]. 郭太金.大连交通大学 2013
[5]基于固有应变法预测转向架焊接变形的研究[D]. 朱平.天津大学 2012
[6]搅拌摩擦焊温度场数值模拟研究[D]. 陈婷.东北大学 2012
[7]厚板对接焊残余应力分布研究[D]. 雷加静.武汉理工大学 2010
本文编号：3659098
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