薄壁火焰筒焊接变形仿真与控制研究
发布时间：2022-01-19 08:45
某新型航空发动机火焰筒为复杂的薄壁环形结构,主要包括5个零件,由多种焊接方法将各零件连接而成。该构件加工精度要求很高,但由于其薄壁结构,在焊接时容易发生变形,影响火焰筒的装配和使用性能,给航空器埋下隐患。本课题主要的研究对象为火焰筒组件A的TIG焊过程和组件B的两道电子束焊过程。其中组件A包括零件1和零件2,组件B包括零件3、零件4和零件5,组件B的子组件B34包括零件3和零件4,子组件B45包括零件4和零件5。本文基于热弹塑性理论,采用有限元分析软件SYSWELD,施加双椭球热源模型,分别对组件A和组件B的焊接过程进行有限元模拟分析。从分段焊接的角度对组件A和组件B的焊后变形进行控制,并进行试验验证。主要研究内容及结论如下:首先建立火焰筒材料高温合金GH536的热物理和力学性能数据库;采用改进的自适应遗传算法分别对TIG焊和电子束焊的双椭球热源模型参数进行求解,完成热源校核;同时建立了各组件的有限元网格模型。分别模拟了单独焊接组件A、子组件B34和子组件B45的温度场、应力场和变形情况。分析发现,...
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SYSWELD计算模型[53]
7图3-1火焰筒模型目前该火焰筒的组件A和组件B间的焊接方式在改进中，研发单位考虑将缝焊换为连续的电阻点焊，但还未进行工艺评定。又由于没有很好的缝焊变形模拟解决方案，故本课题暂时不考虑缝焊工序，主要对组件A的TIG焊工序和组件B的电子束焊工序进行分析。影响火焰筒焊接变形的因素有很多，如火焰筒的结构设计、材料选择、焊接方法以及焊接工艺等。在火焰筒的结构、材料以及焊接方法等条件都已固定的情况下，优化焊接工艺是简单有效地控制焊接变形的方法。由于该结构产量很低，不必过多考虑生产效率的问题。鉴于该型火焰筒的生产厂家已做过大量工艺试验，证实了工艺参数的可靠性，可从分段焊接的角度出发，对火焰筒的焊接工艺进行优化。为此设计了以下焊缝分段焊接方案：方案一：将焊缝分为两段进行旋转对称焊接，两个焊接起点相隔180°，如图3-2a；方案二：将焊缝分为两段进行轴对称焊接，两个焊接起点相同，如图3-2b；方案三：将焊缝分为四段进行焊接，焊接顺序为跳跃焊接，如图3-2c；方案四：将焊缝分为四段进行焊接，焊接顺序为逐步退焊，如图3-2d。(a)方案一（b）方案二起点W1W2起点起点W1W2
该方法不直观、易出错，用于新材料库的构建工作时很不方便。 4. Excel 图表法。为方便新材料数据库的建立，ESI 公司开发了一套直观、易操作的 Excel 图表辅助工具，包括材料数据管理器、应变硬化工具以及曲线校正工具等。获得所需要的材料数据后，用户只需在如图 3-1 所示的材料数据管理器中插入材料性能对应的数据，然后导出即可。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SYSWELD的激光复合焊焊接变形数值模拟[J]. 唐琪,陈鹏,陈静青,梁勇,刘赞. 焊接学报. 2019(03)
[2]钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术分析[J]. 侯彬. 中国金属通报. 2019(02)
[3]改进自适应遗传算法在移动机器人路径规划中的应用[J]. 王雷,李明. 南京理工大学学报. 2017(05)
[4]基于ANSYS优化设计求解双椭球热源模型参数[J]. 顾颖,李亚东,强斌,揭志羽,陈小松. 焊接学报. 2016(11)
[5]注册资本500亿元 做强做优航空发动机“中国心”[J]. 今日科技. 2016(08)
[6]多丝埋弧焊工艺条件对热源参数的影响[J]. 李培麟,陆皓. 焊接学报. 2011(06)
[7]加速步长法反演多丝埋弧焊双椭球热源模型参数[J]. 郭晓凯,李培麟,陈俊梅,陆皓. 焊接学报. 2009(02)
[8]激光焊接过程温度场的模拟[J]. 曾祥呈,黄健文,张庆茂. 应用激光. 2008(03)
[9]基于“局部-整体”映射法的焊接装配变形数值仿真[J]. 李娅娜,兆文忠,崔晓芳. 焊接技术. 2008(01)
[10]基于SYSWELD平台激光实时焊接过程数值仿真[J]. 王春侠,汪苏,白小梅. 焊接. 2005(12)
博士论文
[1]自适应遗传算法的改进及其在爆炸冲击响应谱时域合成优化中的应用研究[D]. 孙文娟.中国科学技术大学 2019
[2]工字钢—端板组焊结构焊接残余应力有限元分析[D]. 贾栗.山东大学 2013
[3]多丝埋弧焊热源模型与焊缝成形的模拟研究[D]. 李培麟.上海交通大学 2012
[4]大型结构焊接变形数值模拟的研究与应用[D]. 蔡志鹏.清华大学 2001
硕士论文
[1]燃烧室薄壁结构焊接变形控制工艺研究[D]. 李宏佳.哈尔滨工业大学 2019
[2]新型地铁端部底架枕梁焊接变形的数值模拟[D]. 黄菁婧.西南交通大学 2016
[3]无人机主燃烧室火焰筒焊接变形控制研究[D]. 董翠屏.哈尔滨工业大学 2015
[4]高温合金构件焊接过程温度场和残余变形的数值模拟[D]. 黄平.南昌航空大学 2012
[5]钢箱梁焊接固有应变的研究[D]. 李飞.河北工业大学 2011
[6]基于SYSWELD的三维瞬态GTAW温度场与应力场的有限元分析[D]. 李瑞英.中国石油大学 2008
[7]中厚板多道焊焊接过程中温度场和应力场的三维数值模拟[D]. 梁晓燕.华中科技大学 2004
本文编号：3596565
【文章来源】：湘潭大学湖南省
【文章页数】：62 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
SYSWELD计算模型[53]
7图3-1火焰筒模型目前该火焰筒的组件A和组件B间的焊接方式在改进中，研发单位考虑将缝焊换为连续的电阻点焊，但还未进行工艺评定。又由于没有很好的缝焊变形模拟解决方案，故本课题暂时不考虑缝焊工序，主要对组件A的TIG焊工序和组件B的电子束焊工序进行分析。影响火焰筒焊接变形的因素有很多，如火焰筒的结构设计、材料选择、焊接方法以及焊接工艺等。在火焰筒的结构、材料以及焊接方法等条件都已固定的情况下，优化焊接工艺是简单有效地控制焊接变形的方法。由于该结构产量很低，不必过多考虑生产效率的问题。鉴于该型火焰筒的生产厂家已做过大量工艺试验，证实了工艺参数的可靠性，可从分段焊接的角度出发，对火焰筒的焊接工艺进行优化。为此设计了以下焊缝分段焊接方案：方案一：将焊缝分为两段进行旋转对称焊接，两个焊接起点相隔180°，如图3-2a；方案二：将焊缝分为两段进行轴对称焊接，两个焊接起点相同，如图3-2b；方案三：将焊缝分为四段进行焊接，焊接顺序为跳跃焊接，如图3-2c；方案四：将焊缝分为四段进行焊接，焊接顺序为逐步退焊，如图3-2d。(a)方案一（b）方案二起点W1W2起点起点W1W2
该方法不直观、易出错，用于新材料库的构建工作时很不方便。 4. Excel 图表法。为方便新材料数据库的建立，ESI 公司开发了一套直观、易操作的 Excel 图表辅助工具，包括材料数据管理器、应变硬化工具以及曲线校正工具等。获得所需要的材料数据后，用户只需在如图 3-1 所示的材料数据管理器中插入材料性能对应的数据，然后导出即可。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于SYSWELD的激光复合焊焊接变形数值模拟[J]. 唐琪,陈鹏,陈静青,梁勇,刘赞. 焊接学报. 2019(03)
[2]钢结构焊接残余应力及焊接变形控制技术分析[J]. 侯彬. 中国金属通报. 2019(02)
[3]改进自适应遗传算法在移动机器人路径规划中的应用[J]. 王雷,李明. 南京理工大学学报. 2017(05)
[4]基于ANSYS优化设计求解双椭球热源模型参数[J]. 顾颖,李亚东,强斌,揭志羽,陈小松. 焊接学报. 2016(11)
[5]注册资本500亿元 做强做优航空发动机“中国心”[J]. 今日科技. 2016(08)
[6]多丝埋弧焊工艺条件对热源参数的影响[J]. 李培麟,陆皓. 焊接学报. 2011(06)
[7]加速步长法反演多丝埋弧焊双椭球热源模型参数[J]. 郭晓凯,李培麟,陈俊梅,陆皓. 焊接学报. 2009(02)
[8]激光焊接过程温度场的模拟[J]. 曾祥呈,黄健文,张庆茂. 应用激光. 2008(03)
[9]基于“局部-整体”映射法的焊接装配变形数值仿真[J]. 李娅娜,兆文忠,崔晓芳. 焊接技术. 2008(01)
[10]基于SYSWELD平台激光实时焊接过程数值仿真[J]. 王春侠,汪苏,白小梅. 焊接. 2005(12)
博士论文
[1]自适应遗传算法的改进及其在爆炸冲击响应谱时域合成优化中的应用研究[D]. 孙文娟.中国科学技术大学 2019
[2]工字钢—端板组焊结构焊接残余应力有限元分析[D]. 贾栗.山东大学 2013
[3]多丝埋弧焊热源模型与焊缝成形的模拟研究[D]. 李培麟.上海交通大学 2012
[4]大型结构焊接变形数值模拟的研究与应用[D]. 蔡志鹏.清华大学 2001
硕士论文
[1]燃烧室薄壁结构焊接变形控制工艺研究[D]. 李宏佳.哈尔滨工业大学 2019
[2]新型地铁端部底架枕梁焊接变形的数值模拟[D]. 黄菁婧.西南交通大学 2016
[3]无人机主燃烧室火焰筒焊接变形控制研究[D]. 董翠屏.哈尔滨工业大学 2015
[4]高温合金构件焊接过程温度场和残余变形的数值模拟[D]. 黄平.南昌航空大学 2012
[5]钢箱梁焊接固有应变的研究[D]. 李飞.河北工业大学 2011
[6]基于SYSWELD的三维瞬态GTAW温度场与应力场的有限元分析[D]. 李瑞英.中国石油大学 2008
[7]中厚板多道焊焊接过程中温度场和应力场的三维数值模拟[D]. 梁晓燕.华中科技大学 2004
本文编号：3596565
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