挖掘机下车架焊接变形行为数值模拟及工艺参数优化
发布时间：2020-12-25 15:14
挖掘机下车架作为挖掘机的核心组成部件,不仅控制挖掘机的行走,还对上车架有一定的支撑作用,并有助于工作装置的实施,因此对形位尺寸公差有严格的要求。下车架的制造工艺是将左右纵梁进行加工,然后拼点组装最终焊接成型,因而尺寸保证能力低。由此,需要优化焊接工艺参数来抑制或减少焊接变形行为,从而提高焊接生产精度。为了提高焊接质量,将影响焊接质量的因素分类进行优化,其中主要分为:（1）焊接热源对焊接数值模拟效率至关重要,尤其针对尺寸大、结构复杂的焊接构件,焊接热源对仿真结果精度影响重大,因此提出分段移动温控热源模型,其是将进入温度场的稳态值作为计算步长,这样会使计算量会大大降低,除此之外,将计算步长适时加大,由此计算时间也会大大缩短,工作效率得到提高。以工字梁为热源验证模型,与双椭球热源模型进行比较,同时将其焊接顺序和方向进行优化。结果表明,分段移动温控热源与双椭球热源模型仿真结果误差相当,但计算效率较为高效。同时,对工字梁的焊接顺序优化的结果是:顺序为左下→右上→右下→左上、方向为同向的焊接方案为最优。分段移动温控热源模型的提出对大型复杂结构件的数值模拟研究意义非凡。（2）对大型复杂结构件焊接顺序...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
下车架结构
西安建筑科技大学硕士学位论文12斑点上的热量其不仅分布不均匀，而且还存有中心多、边缘少等特点，在此基础上，学者Eagar和Tsail对加热斑点上热流密度分布进行深入的分析研究，并通过建立高斯数学模型进行细致描述[29]，高斯热源的示意如图2.1所示。图2.1高斯热源模型若无限长杆件的横截面周长为，则其求得其面积为，当面状热源以速度为进行匀速移动时，则可求得单位面积上的热功率，=，与移动热源的距离为（＞0，在热源后方）的温度分布为式（2-4）。0=[√(2)2++2](>0)（2-4a）0=[√(2)2++2](<0)（2-4b）有关焊件表面上热流密度的分布可通过高斯分布面热源进行详细的描述，面热源模型对薄板焊接有着极强的实用性，在其熔深方向上一方面注重热量的传递量，另一方面还需注重电弧的弧度，使之能够满足熔深较大的焊接需求，但不可否认的是，在厚板的焊接中此热源模型存在一定的局限性。2.3.4体热源模型通过对以上几种热源模型进行分析了解到其都存有一个共同点，在进行求取温度分布时仅仅计算了熔池前后对称后的积分，但却忽视熔池能量分布均衡与否。20世纪90年代学者Goldak正式提出双椭球热源模型，该模型与高速面
西安建筑科技大学硕士学位论文13热源存在极大的关联性，考虑到电弧中心的重要性并以此为界将其分为前后两部分，对这两部分分别用两个1/4椭球来描述，在模型中，三个坐标轴表示不同的方向，每个方向都存有衰减，其方式与高斯曲线分布相近[30]。该热源模型如图2.2所示。图2.2双椭球热源模型由图可知，热源模型存在两个均分布等量的热流，1、2分别表示两个椭球体能量的分配系数。在该模型中建立三维空间坐标系，、、分别表示不同的方向，每个方向能量衰减的方式都极为统一，均为高斯曲线形式。前后两部分的双椭球体热源模型表达形式具体如下所示：前半部分椭球体内热流密度公式为式（2-5）：(,,)=6√311√[3(22+22+212)]（2-5）后半部分椭球体内热流密度公式为式（2-6）：(,,)=6√322√[3(22+22+222)]（2-6）2.3.5分段温控热源在进行建立热源模型时不仅要考虑到热源的密度，同时还需精确的计算出时间温度场[31]，这对焊接大型复杂的结构件难度很大，需要对多个环节进行计算。在边界条件下的热通量密度和刚性约束加载下，焊接温度可以被用来显示和计算焊接过程参数，如此一来，计算量相对有所减少，这一方法极具实用性价值，为了极高计算的效率和准确度还提出一种分段移动温控热源方法。在进
【参考文献】：
期刊论文
[1]焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响[J]. 黎志览. 轻工科技. 2019(04)
[2]焊接速度对机器人搅拌摩擦焊AA7B04铝合金接头组织和力学性能的影响[J]. 张坤,江海涛,孟强,唐荻,蔺宏涛. 工程科学学报. 2018(12)
[3]2024铝合金表面机械多重碾磨微纳米化研究[J]. 赵云龙,王涛. 特种铸造及有色合金. 2018(08)
[4]基于线热源模型的喷射火焰热辐射计算方法[J]. 包士毅,姚建,夏舒阳,罗利佳. 浙江工业大学学报. 2018(04)
[5]一种动态邻域的多目标粒子群优化算法[J]. 张文兴,汪军,刘文婧,王建国. 机械设计与制造. 2018(06)
[6]挖掘机下车架焊接变形量工艺控制[J]. 王旭,杨武虎,单海洋,常艳红,王桂阳. 现代制造技术与装备. 2018(05)
[7]焊接工艺参数对焊接变形及残余应力的影响[J]. 邓贤辉. 中国修船. 2018(02)
[8]熔焊热过程与熔池行为数值模拟的研究进展[J]. 武传松,孟祥萌,陈姬,秦国梁. 机械工程学报. 2018(02)
[9]焊接型工字梁焊接及其变形的控制[J]. 刘生斗. 金属加工(冷加工). 2016(S1)
[10]焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响分析[J]. 李银惠. 化工管理. 2015(21)
博士论文
[1]粒子群算法研究及其工程应用案例[D]. 邵晴.吉林大学 2017
硕士论文
[1]基于多目标粒子群算法的多约束组合优化问题研究[D]. 张宇丰.西安理工大学 2019
[2]基于混沌理论的图像加密算法研究[D]. 马欣.安徽理工大学 2019
[3]基于混沌映射和AES的图像加密算法的研究[D]. 杨锦.广东工业大学 2019
[4]基于改进粒子群算法的多目标优化研究[D]. 黄雄文.深圳大学 2018
[5]挖掘机中框架焊接变形与残余应力数值模拟分析[D]. 区达铨.西安建筑科技大学 2018
[6]核电压力容器安全端焊接接头残余应力场数值模拟研究[D]. 李晓波.西安科技大学 2015
[7]挖掘机动臂焊接残余应力与变形规律数值模拟研究[D]. 吴振.西安建筑科技大学 2015
[8]车身薄板件焊接变形CAE分析与工艺优化研究[D]. 周玉雷.湖南大学 2015
[9]双椭球焊接热源模型一般式的数值模拟研究[D]. 马悦.河北工业大学 2015
[10]裂纹尖端激光止裂的数值模拟及分析[D]. 张强.大连理工大学 2014
本文编号：2937900
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
下车架结构
西安建筑科技大学硕士学位论文12斑点上的热量其不仅分布不均匀，而且还存有中心多、边缘少等特点，在此基础上，学者Eagar和Tsail对加热斑点上热流密度分布进行深入的分析研究，并通过建立高斯数学模型进行细致描述[29]，高斯热源的示意如图2.1所示。图2.1高斯热源模型若无限长杆件的横截面周长为，则其求得其面积为，当面状热源以速度为进行匀速移动时，则可求得单位面积上的热功率，=，与移动热源的距离为（＞0，在热源后方）的温度分布为式（2-4）。0=[√(2)2++2](>0)（2-4a）0=[√(2)2++2](<0)（2-4b）有关焊件表面上热流密度的分布可通过高斯分布面热源进行详细的描述，面热源模型对薄板焊接有着极强的实用性，在其熔深方向上一方面注重热量的传递量，另一方面还需注重电弧的弧度，使之能够满足熔深较大的焊接需求，但不可否认的是，在厚板的焊接中此热源模型存在一定的局限性。2.3.4体热源模型通过对以上几种热源模型进行分析了解到其都存有一个共同点，在进行求取温度分布时仅仅计算了熔池前后对称后的积分，但却忽视熔池能量分布均衡与否。20世纪90年代学者Goldak正式提出双椭球热源模型，该模型与高速面
西安建筑科技大学硕士学位论文13热源存在极大的关联性，考虑到电弧中心的重要性并以此为界将其分为前后两部分，对这两部分分别用两个1/4椭球来描述，在模型中，三个坐标轴表示不同的方向，每个方向都存有衰减，其方式与高斯曲线分布相近[30]。该热源模型如图2.2所示。图2.2双椭球热源模型由图可知，热源模型存在两个均分布等量的热流，1、2分别表示两个椭球体能量的分配系数。在该模型中建立三维空间坐标系，、、分别表示不同的方向，每个方向能量衰减的方式都极为统一，均为高斯曲线形式。前后两部分的双椭球体热源模型表达形式具体如下所示：前半部分椭球体内热流密度公式为式（2-5）：(,,)=6√311√[3(22+22+212)]（2-5）后半部分椭球体内热流密度公式为式（2-6）：(,,)=6√322√[3(22+22+222)]（2-6）2.3.5分段温控热源在进行建立热源模型时不仅要考虑到热源的密度，同时还需精确的计算出时间温度场[31]，这对焊接大型复杂的结构件难度很大，需要对多个环节进行计算。在边界条件下的热通量密度和刚性约束加载下，焊接温度可以被用来显示和计算焊接过程参数，如此一来，计算量相对有所减少，这一方法极具实用性价值，为了极高计算的效率和准确度还提出一种分段移动温控热源方法。在进
【参考文献】：
期刊论文
[1]焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响[J]. 黎志览. 轻工科技. 2019(04)
[2]焊接速度对机器人搅拌摩擦焊AA7B04铝合金接头组织和力学性能的影响[J]. 张坤,江海涛,孟强,唐荻,蔺宏涛. 工程科学学报. 2018(12)
[3]2024铝合金表面机械多重碾磨微纳米化研究[J]. 赵云龙,王涛. 特种铸造及有色合金. 2018(08)
[4]基于线热源模型的喷射火焰热辐射计算方法[J]. 包士毅,姚建,夏舒阳,罗利佳. 浙江工业大学学报. 2018(04)
[5]一种动态邻域的多目标粒子群优化算法[J]. 张文兴,汪军,刘文婧,王建国. 机械设计与制造. 2018(06)
[6]挖掘机下车架焊接变形量工艺控制[J]. 王旭,杨武虎,单海洋,常艳红,王桂阳. 现代制造技术与装备. 2018(05)
[7]焊接工艺参数对焊接变形及残余应力的影响[J]. 邓贤辉. 中国修船. 2018(02)
[8]熔焊热过程与熔池行为数值模拟的研究进展[J]. 武传松,孟祥萌,陈姬,秦国梁. 机械工程学报. 2018(02)
[9]焊接型工字梁焊接及其变形的控制[J]. 刘生斗. 金属加工(冷加工). 2016(S1)
[10]焊接工艺对不锈钢焊接变形的影响分析[J]. 李银惠. 化工管理. 2015(21)
博士论文
[1]粒子群算法研究及其工程应用案例[D]. 邵晴.吉林大学 2017
硕士论文
[1]基于多目标粒子群算法的多约束组合优化问题研究[D]. 张宇丰.西安理工大学 2019
[2]基于混沌理论的图像加密算法研究[D]. 马欣.安徽理工大学 2019
[3]基于混沌映射和AES的图像加密算法的研究[D]. 杨锦.广东工业大学 2019
[4]基于改进粒子群算法的多目标优化研究[D]. 黄雄文.深圳大学 2018
[5]挖掘机中框架焊接变形与残余应力数值模拟分析[D]. 区达铨.西安建筑科技大学 2018
[6]核电压力容器安全端焊接接头残余应力场数值模拟研究[D]. 李晓波.西安科技大学 2015
[7]挖掘机动臂焊接残余应力与变形规律数值模拟研究[D]. 吴振.西安建筑科技大学 2015
[8]车身薄板件焊接变形CAE分析与工艺优化研究[D]. 周玉雷.湖南大学 2015
[9]双椭球焊接热源模型一般式的数值模拟研究[D]. 马悦.河北工业大学 2015
[10]裂纹尖端激光止裂的数值模拟及分析[D]. 张强.大连理工大学 2014
本文编号：2937900
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