薄壁箱型臂焊接工艺优化

发布时间：2017-11-02 02:01

  本文关键词：薄壁箱型臂焊接工艺优化

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【摘要】：和其他结构钢相比,高强度结构钢具有强度高、力学性能好等诸多优点。随着钢结构不断发展,越来越多的工程车辆臂架采用薄壁箱型截面形式,如随车起重机、伸缩臂叉装车、高空作业车等等。薄壁箱型臂是很多工程车辆作业时的核心部件,它的主要结构是由四块薄的高强钢板通过焊接方式连接而成。由于高强钢碳当量高,焊接性差,加之臂架壁厚很薄,在焊接过程中臂架极易产生超出其形位公差要求的大变形,严重影响工程车辆作业时的承载能力和安全性能。因此,在臂架焊接过程中应该选取适当焊接工艺来减小臂架残余应力并控制臂架残余变形。基于以上研究背景,本文主要内容如下：(1)简要介绍了焊接热过程特点以及温度场和应力场分析时的理论基础。(2)以T型接头单条角焊缝为例,详细介绍其有限元建模、热源选取以及载荷施加等过程,并运用ANSYS软件对整个焊接过程进行数值模拟,得到T型接头在任意时刻的温度和应力应变场,并分析其关键路径上的应力应变分布。(3)分别对不同焊接电流、焊接速度和有效加热半径的焊接过程进行模拟,得到三个焊接工艺参数对温度、残余应力和残余变形的影响规律,并最终确定了T型接头该几种焊接工艺参数中的最优焊接工艺。(4)以30m高空作业车一节臂为例,分析不同焊接顺序对薄壁箱型臂焊接残余应力和变形大小的影响。先取薄壁箱型臂其中一条角焊缝为研究对象,选取四种焊接顺序方案进行数值模拟,综合对比各方案焊后残余应力和变形大小,得到T型接头单条角焊缝四种焊接顺序方案中的最优焊接顺序。再以薄壁箱型臂整体四条焊缝为研究对象,选取四种焊接顺序方案,以同样的方法得到薄壁箱型臂整体四种焊接顺序方案中最优焊接顺序。
【关键词】：薄壁箱型臂 数值模拟 焊接工艺 残余变形 焊接顺序
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG457.11
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 薄壁箱型臂简介10-11
• 1.2 焊接数值模拟方法简介11-12
• 1.3 焊接数值模拟研究现状12-13
• 1.3.1 焊接过程温度场研究现状12
• 1.3.2 焊接过程应力应变场研究现状12-13
• 1.4 课题的研究背景及选题意义13
• 1.5 课题的主要研究内容13-15
• 2 焊接过程理论基础15-22
• 2.1 焊接热过程特点15
• 2.2 温度场分析理论基础15-17
• 2.2.1 焊接传热基本形式15-17
• 2.2.2 温度场微分方程17
• 2.3 应力场分析理论基础17-21
• 2.3.1 热弹塑性分析基本假设17-19
• 2.3.2 热弹塑性分析基本理论19-21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 T型接头单条角焊缝焊接数值模拟过程与结果分析22-46
• 3.1 有限元模型建立23-26
• 3.1.1 几何模型23-24
• 3.1.2 单元类型24-25
• 3.1.3 材料属性25-26
• 3.1.4 网格划分26
• 3.2 移动热源处理26-29
• 3.2.1 热源模型26-29
• 3.2.2 生死单元29
• 3.3 载荷施加及求解29-31
• 3.3.1 初始条件29
• 3.3.2 移动热源加载29-30
• 3.3.3 位移约束30-31
• 3.3.4 对流施加31
• 3.3.5 潜热处理31
• 3.3.6 时间步长确定31
• 3.4 计算结果后处理31-32
• 3.5 焊接过程计算结果分析32-45
• 3.5.1 焊接温度场分析32-35
• 3.5.2 焊接应力场分析35-40
• 3.5.3 焊接变形分析40-45
• 3.6 本章小结45-46
• 4 T型接头单条角焊缝焊接工艺参数优化研究46-57
• 4.1 焊接电流46-49
• 4.1.1 对温度场的影响46-47
• 4.1.2 对残余应力的影响47-48
• 4.1.3 对残余变形的影响48-49
• 4.2 焊接速度49-52
• 4.2.1 对温度场的影响49-50
• 4.2.2 对残余应力的影响50-51
• 4.2.3 对残余变形的影响51-52
• 4.3 有效加热半径52-55
• 4.3.1 对温度场的影响52-53
• 4.3.2 对残余应力的影响53-55
• 4.3.3 对残余变形的影响55
• 4.4 模拟结果评价55-56
• 4.5 本章小结56-57
• 5 薄壁箱型臂焊接顺序优化研究57-64
• 5.1 薄壁箱型臂模型建立57-58
• 5.1.1 几何模型57-58
• 5.1.2 焊接工艺参数58
• 5.2 T型接头单条角焊缝焊接顺序优化研究58-61
• 5.2.1 焊接顺序方案确定58
• 5.2.2 优化结果及分析58-61
• 5.3 薄壁箱型臂整体焊接顺序优化研究61-63
• 5.3.1 焊接顺序方案确定61
• 5.3.2 优化结果及分析61-63
• 5.4 本章小结63-64
• 结论64-65
• 参考文献65-67
• 致谢67-68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陈家权,肖顺湖,杨新彦,吴刚;焊接过程数值模拟热源模型的研究进展[J];装备制造技术;2005年03期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王长利;焊接温度场和应力场的数值模拟[D];沈阳工业大学;2005年

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本文编号：1129461