毕业论文范文——高速列车复杂结构焊接变形数值模拟

《毕业论文范文——高速列车复杂结构焊接变形数值模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、西安航空职业学院毕业论文高速列车复杂结构焊接变形数值模拟姓名：专业： 航空电子班级：完成日期：指导教师:摘要：提出基于平均温度曲线法的高速列车复杂结构焊接变形快速数值模拟方法。针对A7N01铝合金平板对接多道焊，分别采用移动热源法和平均温度曲线法模拟焊接过程，通过两种计算方法的焊接变形和残余应力的模拟值与实测值比较，验证平均温度曲线法替代移动热源法的可行性。结果表明，平均温度曲线法计算的焊接残余应力和变形与移动热源法计算结果基本一致，两种方法的计算结果与实测值比较吻合，因此，可以采用平均温度曲线法替代移动热源法模拟复杂结构的焊接过程

2、。针对高速列车枕梁，基于平均温度曲线法模拟了枕梁焊接过程，枕梁焊接变形的计算值与实测值变形趋势一致，计算的变形值误差在10％以内。关键词：数值模拟；平均温度曲线法；焊接变形；枕梁0引言铝合金密度小、强度高，具有优良的挤压性能和良好的可焊性，成为高速列车制造的首选材料。高速列车铝合金车体结构，如枕梁、车顶、侧墙等，大量采用铝合金型材和板材组焊而成。然而，铝合金导热性能好、热膨胀系数大，焊后容易产生焊接变形和残余应力，不仅降低了车体结构的承载能力和疲劳强度，而且影响结构的尺寸精度和后续的装配。因此，铝合金焊接变形及残余应力的问题一直是科

3、研工作者研究的热点。近年来，焊接数值模拟越来越受到高度的重视，被广泛地应用于焊接领域的理论研究和实际应用中[1]，特别是焊接应力与变形的数值模拟对于优化结构设计与制造工艺，确保焊接质量，节约设计成本等方面具有重要的意义[2]。焊接是一个局部快速加热并冷却的过程，由于焊接温度分布不均产生焊接残余应力和变形。焊接温度场模拟的准确与否将直接影响焊接变形的预测结果，因此，需要选择一个合适的焊接热源模型。常用的焊接热源为高斯分布的移动热源，如双椭球体热源、圆锥体热源等，该热源可以真实地模拟焊接过程材料的逐步填充、焊枪的移动过程，计算精度比较高

4、。但是移动热源对计算几何模型的单元要求较高，焊缝中心及热影响区处的单元要求足够细小，对于高速列车铝合金车体尺寸大、结构复杂、焊缝多等特点，采用传统的基于移动热源的热弹塑性有限元法模拟焊接过程，由于单元和节点众多，将给数值模拟在计算速度和计算容量上提出苛刻条件。为了提高计算效率，清华大学的蔡志鹏等[3]开发了焊接串热源模型。邓德安等[4]开发了可变步长热源模型，对多层多道焊不同的焊道分不同的段数，每段的热源通过体热源进行施加，模拟焊接过程，并与移动热源模型和瞬时线热源模型在计算效率和精度上进行了比较。上述均采用体热源作为热源模型，在真

5、实地描述焊接温度场上有一定的局限性。本研究提出的以平均温度曲线作为热源模型的焊接快速数值模拟方法，根据移动热源温度场的计算结果获得焊缝中心单元的平均温度曲线作为焊接热源，施加于几何模型中焊缝单元的节点上进行焊接过程模拟。通过平板对接焊试验及数值模拟，比较平均温度曲线法、移动热源以及实测的变形和残余应力，评估平均温度曲线热源模型替代移动热源法的可行性，最终将该方法应用于铝合金车体关键零部件枕梁焊接变形的数值计算中，并与实测的焊接变形进行比较。1焊接试验高速列车枕梁选用的材料为A7N01P-T4板材以及A7N01S-T5型材，主要焊缝为

6、上盖板和下盖板与枕梁之间的4条长直对接焊缝。试验选用A7N01P-T4板材进行对接多道焊试验，对接试样单块试板的尺寸为500mm×180mm×16mm，V型坡口，坡口角度60°，钝边2mm。焊丝选用1.6mm的AlMg5，焊接方法为MIG脉冲焊，保护气体为99.999%的氩气，气体流量为24l/min。焊接电源为SAF-FRODIGI@WAVE500。焊接过程使用Motoman焊接机器人进行焊接，焊接工艺参数与枕梁实际焊接工艺保持一致，见表1。焊接过程中采用固定点法测量每道焊缝焊后的横向收缩变形，即沿焊接方向在焊缝两侧距离焊缝中心5

7、0mm处取4对测点，焊前及每道焊缝焊后分别测量每对点的距离，计算横向收缩变形。焊后冷却至室温，采用盲孔法测量焊缝表面的残余应力。表1平板对接焊接工艺参数Table1Weldingprocessingparametersofbuttwelding焊道焊接电流I/A电弧电压U/V焊接速度v/mms-1层间温度T/°C120020.54／220621.5443323822.54562焊接数值模拟焊接数值模拟软件为SYSWELDv2012，数值模拟方法为间接耦合的三维热弹塑性有限元法。2.1几何模型的建立由于几何结构的对称性，取模型的一半建

8、模。单元选择六面体单元，焊缝及其附近区域网格较细，远离焊缝的网格逐渐变大。图3是平板对接的有限元模型，三维单元数为27750个，节点数为31547个。图1有限元模型Fig.1Finiteelementmodel2.2热源模型的建立焊接