客车骨架焊接变形规律分析与调控
发布时间：2021-04-09 07:29
焊接是构件制造过程中的重要连接方法。由于焊接受热过程中的局部性和瞬时性,变形普遍存在。导致焊接结构尺寸精度降低,影响其服役性能。因此研究分析焊接变形,采取相应的控制措施,对工业生产具有重要的理论意义和工程应用价值。随着焊接分析理论的日趋成熟和计算机技术的快速进步,数值模拟技术作为分析焊接变形的有效方法被广泛研究和推广。其中固有应变法具有快速有效的计算特点和优势,计算速度快,广泛用于汽车、轮船及航空航天等大型复杂结构的焊接变形预测。客车骨架的体积庞大,结构复杂,是典型的大型复杂结构。为了节约计算机资源,提高计算效率,本文采用固有应变法分析客车骨架的焊接变形的规律。根据骨架的结构特点将骨架大结构分解为五部分,各部分独立组焊,拼焊成骨架整体结构。通过改变组焊顺序、调整工装夹持位置,调控五部分及整体骨架的焊接变形。基于热-弹-塑性有限元分析方法,对骨架中对接和T型两种典型接头进行数值模拟,从后处理模块中提取塑性应变大小。根据固有应变积分公式计算收缩力和弯曲力矩,然后将其加载到骨架模型。采用固有应变法对骨架五部分进行弹性有限元计算,并分析焊接变形。通过与实测数据进行比较,验证了固有应变法分析客车...
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
客车制造工艺流程
西安石油大学硕士学位论文2其中全承载式车身骨架是用钢制薄壁矩形管焊接而成的桁架结构[1]，按照前围、后围、左侧围、右侧围、底架和顶盖六大片分总成顺序焊接，然后合拢焊成车身骨架总成，组成一个形似“鸟笼”的空间栅格式结构，如图1-2所示。骨架是客车车身的主结构，具有重量轻、刚度大及比强度高等优点[2]。不仅承载车身负荷，而且连接车身蒙皮和各种附件。其制作流程是，首先在专用组合焊接夹具上组装、夹紧、点焊固定，完成内侧的对焊平焊、两侧的角焊立焊。然后将骨架总成脱模翻转180度，放在车间平地上，在无约束状态下焊接外侧焊缝[3]。图1-2客车车身骨架Fig.1-2Skeletonofbusframeworks在车身骨架组焊过程中，细丝CO2气体保护焊以其效率高，能耗低，适用性广及变形小等优点得到了广泛的应用。与其它结构件焊接一样，客车骨架在焊接过程中会产生严重的焊接变形。导致矫形工作量大，矫形后局部变形大，直接影响车身的外观质量和外侧蒙皮的安装质量[4]。骨架变形是各种因素综合作用的结果[5]。变形较小的构件，一般采用矫形的方法对其进行修正。而对于变形较大的构件，只能报废处理，极大地提高了制造成本，延长了生产周期。骨架六大片合拢焊接时，装配尺寸不到位，夹紧力将骨架焊接部位强行装夹到一起后，会产生较大的变形，使车体对角线不等。同时若各分总成之间装配间隙过大，焊接后由于焊缝收缩导致的内应力增大，车身壳体薄弱部位容易产生较大的变形。车身门框、前后风窗、左侧围变形较大，影响底盘及内外饰零件的装配[6]。骨架接头是杆件连接和载荷传递的关键部位，接头的变形是导致客车骨架变形的主要原因[7]。左侧围骨架接头以对接和T型为主，两种接头焊缝布置不对称，数量多且集中。尤其是门框位置，呈开口自由状态设计，不?
是可以预测大型、复杂结构的焊接变形，数值分析技术在焊接领域逐渐展开，为焊接变形的预测提供了一种新的方法[9]-[10]。数值分析思路是将连续的物体本身离散化，分解为有限数量的单元，对模型求数值解。本文拟采用数值模拟的方法，研究客车骨架的变形规律，并调控其变形。（1）为焊接工装夹具的选择提供依据。通过数值模拟，寻找变形最小的工装约束方式、夹具分布位置，为焊接工装夹具的优化提供参考。（2）为焊接变形的研究提供新的解决思路。相比实验及解析方法，节省了时间、人力及材料成本，提高了产品的市场竞争力。图1-3左侧围骨架分块示意图Fig.1-3Partsdiagramofbusframework1.2骨架变形的研究现状焊接热源的特点具有空间域的局部性和时间域的运动性，构件在热源作用下产生了不均匀的温度场，不均匀温度场形成的热应力是引起焊接残余应力和变形的根源[11]。焊接过程中，焊缝及近缝区温度急剧升高，并快速熔化，同时材料受热膨胀。但周围低温区域材料对焊缝材料产生约束作用，对其产生压力，同时材料受热后的屈服极限下降，压力可部分地达到材料的屈服极限，这样焊接区域材料在加热阶段可被塑性压缩。冷却时产生与加热相反的作用，压缩塑性变形区域的高温金属会收缩，同样高温金属的收缩会受到周围金属的限制，产生塑性拉伸，当塑性拉伸应变不足以抵消加热阶段产生的塑性压缩应变时，在构件内部会产生残余应力、焊接变形。本文讨论的客车左侧围骨架，根据文献资料[12]-[13]，其变形形式有收缩变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形，其变形现状有以下五个方面。（1）骨架中部腰梁直线度超差，蒙皮后平面度差。骨架在胎具上进行埋铁、风道型材等零件焊接时热胀冷缩，在中部腰梁位置形成上拱弯曲，同时整体骨架焊接，吊装、运输等过程中也?
本文编号：3127201
【文章来源】：西安石油大学陕西省
【文章页数】：49 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
客车制造工艺流程
西安石油大学硕士学位论文2其中全承载式车身骨架是用钢制薄壁矩形管焊接而成的桁架结构[1]，按照前围、后围、左侧围、右侧围、底架和顶盖六大片分总成顺序焊接，然后合拢焊成车身骨架总成，组成一个形似“鸟笼”的空间栅格式结构，如图1-2所示。骨架是客车车身的主结构，具有重量轻、刚度大及比强度高等优点[2]。不仅承载车身负荷，而且连接车身蒙皮和各种附件。其制作流程是，首先在专用组合焊接夹具上组装、夹紧、点焊固定，完成内侧的对焊平焊、两侧的角焊立焊。然后将骨架总成脱模翻转180度，放在车间平地上，在无约束状态下焊接外侧焊缝[3]。图1-2客车车身骨架Fig.1-2Skeletonofbusframeworks在车身骨架组焊过程中，细丝CO2气体保护焊以其效率高，能耗低，适用性广及变形小等优点得到了广泛的应用。与其它结构件焊接一样，客车骨架在焊接过程中会产生严重的焊接变形。导致矫形工作量大，矫形后局部变形大，直接影响车身的外观质量和外侧蒙皮的安装质量[4]。骨架变形是各种因素综合作用的结果[5]。变形较小的构件，一般采用矫形的方法对其进行修正。而对于变形较大的构件，只能报废处理，极大地提高了制造成本，延长了生产周期。骨架六大片合拢焊接时，装配尺寸不到位，夹紧力将骨架焊接部位强行装夹到一起后，会产生较大的变形，使车体对角线不等。同时若各分总成之间装配间隙过大，焊接后由于焊缝收缩导致的内应力增大，车身壳体薄弱部位容易产生较大的变形。车身门框、前后风窗、左侧围变形较大，影响底盘及内外饰零件的装配[6]。骨架接头是杆件连接和载荷传递的关键部位，接头的变形是导致客车骨架变形的主要原因[7]。左侧围骨架接头以对接和T型为主，两种接头焊缝布置不对称，数量多且集中。尤其是门框位置，呈开口自由状态设计，不?
是可以预测大型、复杂结构的焊接变形，数值分析技术在焊接领域逐渐展开，为焊接变形的预测提供了一种新的方法[9]-[10]。数值分析思路是将连续的物体本身离散化，分解为有限数量的单元，对模型求数值解。本文拟采用数值模拟的方法，研究客车骨架的变形规律，并调控其变形。（1）为焊接工装夹具的选择提供依据。通过数值模拟，寻找变形最小的工装约束方式、夹具分布位置，为焊接工装夹具的优化提供参考。（2）为焊接变形的研究提供新的解决思路。相比实验及解析方法，节省了时间、人力及材料成本，提高了产品的市场竞争力。图1-3左侧围骨架分块示意图Fig.1-3Partsdiagramofbusframework1.2骨架变形的研究现状焊接热源的特点具有空间域的局部性和时间域的运动性，构件在热源作用下产生了不均匀的温度场，不均匀温度场形成的热应力是引起焊接残余应力和变形的根源[11]。焊接过程中，焊缝及近缝区温度急剧升高，并快速熔化，同时材料受热膨胀。但周围低温区域材料对焊缝材料产生约束作用，对其产生压力，同时材料受热后的屈服极限下降，压力可部分地达到材料的屈服极限，这样焊接区域材料在加热阶段可被塑性压缩。冷却时产生与加热相反的作用，压缩塑性变形区域的高温金属会收缩，同样高温金属的收缩会受到周围金属的限制，产生塑性拉伸，当塑性拉伸应变不足以抵消加热阶段产生的塑性压缩应变时，在构件内部会产生残余应力、焊接变形。本文讨论的客车左侧围骨架，根据文献资料[12]-[13]，其变形形式有收缩变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形，其变形现状有以下五个方面。（1）骨架中部腰梁直线度超差，蒙皮后平面度差。骨架在胎具上进行埋铁、风道型材等零件焊接时热胀冷缩，在中部腰梁位置形成上拱弯曲，同时整体骨架焊接，吊装、运输等过程中也?
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