自卸车厢体焊接变形的数值模拟与优化

发布时间：2017-09-26 08:27

  本文关键词：自卸车厢体焊接变形的数值模拟与优化

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【摘要】：自卸车是一种重要的工程运输工具。良好焊接工艺下的自卸车车厢不仅有足够的强度承载重物,并且在组装过程中不会出现因焊接变形过大而造成无法完成的情况。良好的焊接工艺还可以减少自卸车车厢在使用中的断裂甚至报废情况。本文针对常用的工程自卸车进行分析,并以焊接变形影响最大的车厢侧厢板作为研究对象。焊接过程是一个涉及到多学科的复杂变化,在实际的生产中会产生各种不可预测的变形。由于侧厢与焊缝尺寸很大,计算量也就十分庞大,对整个车厢的焊接分析以现有的计算机水平还不能满足计算要求。因此本文选取车厢上两处较为有代表性的位置,即槽钢与钢板焊接位置和横竖槽钢焊接交汇处位置进行数值模拟分析,利用ANSYS软件的热-结构耦合分析得到由焊接热产生的变形。主要做了如下的研究工作:首先分别对两处焊接位置进行三维建模,运用ANSYS对焊接的温度场进行模拟分析,经过不断的调整与完善,得到与实际焊接过程相吻合的数值模拟结果。在温度分析的基础上进行了结构分析,对工件施加约束得到由于焊接热产生的变形与应力应变的分布情况,从而得到变形较大位置;其次,在上述焊接变形结果的基础上,对槽钢与钢板焊接处选择不同的焊接约束,进行分析对比,得到减小变形的最佳工艺优化方案,对横竖槽钢焊接交汇处的变形,在工艺上改进了焊接顺序,在结构上提出了焊接“预凹变形”的方案;最后,在模拟分析的基础上,对提出的优化方案进行了实际应用。通过对比,本文提出的优化方案对车厢厢板的焊接变形得到了较为有效的控制,使得车厢生产的整体质量与外观效果均获得了明显的提升。
【关键词】：车厢焊接 有限元 变形 数值模拟 预凹变形
【学位授予单位】：中原工学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1. 绪论10-14
• 1.1 选题背景和意义10
• 1.2 自卸车车厢国内外研究现状10-11
• 1.3 焊接变形数值分析研究现状11-12
• 1.4 本文的主要内容12-13
• 1.5 本章小节13-14
• 2. 焊接有限元分析理论14-26
• 2.1 焊接温度场分析有限元理论14-19
• 2.1.1 热传导问题的基本方程14-16
• 2.1.2 稳态温度场的基本方程16-18
• 2.1.3 瞬态温度场基本方程18-19
• 2.2 焊接热应力场理论19-21
• 2.2.1 屈服准则19-20
• 2.2.2 流动准则20
• 2.2.3 强化准则20-21
• 2.3 热弹塑性理论21-23
• 2.3.1 应力应变与温度的关系21-22
• 2.3.2 平衡方程与求解22-23
• 2.4 ANSYS分析模块概述23-25
• 2.4.1 ANSYS软件结构23
• 2.4.2 ANSYS功能模块及应用23-25
• 2.4.3 ANSYS参数化编程25
• 2.5 本章小结25-26
• 3. 自卸车厢体焊接建模26-34
• 3.1 自卸车厢体焊接模型的选取26-28
• 3.1.1 自卸车厢体的结构26-27
• 3.1.2 侧边槽钢焊接有限元模型的简化27-28
• 3.1.3 交汇处有限元模型的简化处理28
• 3.2 有限元模型的建立28-30
• 3.2.1 侧边槽钢焊接模型28-29
• 3.2.2 交汇处焊接模型29-30
• 3.3 材料特征参数的选取30-31
• 3.4 有限元模型的网格划分31-33
• 3.4.1 侧边槽钢网格划分31-32
• 3.4.2 交汇处网格划分32-33
• 3.5 本章小结33-34
• 4. 焊接温度场的数值模拟34-45
• 4.1 有限元模型焊缝的热处理34-38
• 4.1.1 焊接的工艺参数35
• 4.1.2 焊接的顺序选择35-36
• 4.1.3 焊接的热源方式36-38
• 4.2 有限元模型边界条件38-39
• 4.2.1 侧边槽钢与焊接的边界条件38-39
• 4.2.2 交汇处焊接的边界条件39
• 4.3 ANSYS生死单元技术的应用39-40
• 4.4 焊接温度场的结果与分析40-44
• 4.4.1 侧边槽钢焊接温度场40-43
• 4.4.2 交汇处焊接温度场的结果与分析43-44
• 4.5 本章小结44-45
• 5. 焊接应力场与变形的数值模拟45-53
• 5.1 应力与变形的模型处理45-47
• 5.1.1 应力与变形计算单元的选择45-46
• 5.1.2 应力与变形计算参数的选择46-47
• 5.2 应力与变形计算的边界条件及载荷选择47-48
• 5.2.1 侧边槽钢焊接的应力场与变形的边界条件及载荷47
• 5.2.2 交汇处应力场与变形的边界条件及载荷47-48
• 5.3 应力与变形的求解48-49
• 5.3.1 侧边槽钢焊接的应力场与变形求解48
• 5.3.2 交汇处焊接应力场与变形的求解48-49
• 5.4 焊接变形的结果及分析49-52
• 5.4.1 侧边槽钢焊接的结果及分析49-50
• 5.4.2 交汇处焊接的结果及分析50-52
• 5.5 本章小结52-53
• 6. 厢体焊接的优化及应用53-73
• 6.1 焊接变形的影响因素53-54
• 6.1.1 材料因素53
• 6.1.2 结构因素53
• 6.1.3 工艺因素53-54
• 6.2 侧边槽钢焊接工艺的优化54-61
• 6.2.1 槽钢焊接应力场约束的优化54
• 6.2.2 槽钢应力场的模拟结果54-56
• 6.2.3 槽钢焊接变形的模拟结果56-61
• 6.2.4 槽钢焊接优化方案选择61
• 6.3 侧厢板交汇处焊接工艺的优化61-64
• 6.3.1 优化方案的温度场分析61-63
• 6.3.2 优化方案的应力场与变形分析63-64
• 6.4 侧厢板焊接交汇处的结构优化64-68
• 6.4.1 优化方案的温度场分析65-67
• 6.4.2 优化方案的应力应变分析67
• 6.4.3 优化方案的选择67-68
• 6.5 工艺与结构优化方案在实际生产中的应用68-72
• 6.5.1 工艺与结构优化试验68-71
• 6.5.2 工艺与结构优化在实际生产中的应用71-72
• 6.6 本章小结72-73
• 7. 总结与展望73-75
• 7.1 总结73-74
• 7.2 展望74-75
• 参考文献75-79
• 附录：攻读硕士学位期间科研成果79-80
• 致谢80

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1 侯志刚,马W，

本文编号：922508