tbm主梁焊接工艺过程数值模拟的研究

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1、学校代码10459学号或申请号201212202334密级硕士学位论文TBM主梁焊接工艺过程数值模拟的研究作者姓名：肖波导师姓名：王栋教授学科门类：工学专业名称：机械制造及其自动化培养院系：机械工程学院完成时间：2015年5月AthesissubmittedtoZhengzhouUniversityforthedegreeofMasterTheNumericalSimulationResearchontheWeldingProcessofTheTBMMainBeamByBoXiaoSupervisor:Prof.DongWangMechanicalManufacturingandAutomat

2、ionSchoolofMechanicalEngineeringMay,2015原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研宂所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人承担。学位论文作者：日期：>p,Jrx[y学位论文使用授权声明本人在导师指导下完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属郑州大学。根据郑州大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授

3、权郑州大学可以将本学位论文的全部或部分编入有关数据库进行检索，可以釆用影印、缩印或者其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。本人离校后发表、使用学位论文或与该学位论文直接相关的学术论文或成果时，第一署名单位仍然为郑州大学。保密论文在解密后应遵守此规定。学位论文作者：^日期：声乂、“>摘要摘要TBM广泛应用于隧道掘进工程中，主梁作为TBM主机的关键组成部分，承受着刀盘传递过来的力和扭矩，并将其传递到撑靴上，可以说主梁质量的好坏直接影响隧道挖掘的进度和质量。TBM主梁是典型的箱型梁结构，通过焊接制造完成，在焊接完成后不可避免的会产生残余应力及不可忽视的焊接变形，对主梁以及TBM整体的工作性能和使用寿

4、命有着很大影响。以往人们通过试验方法来研究焊接工艺，方法复杂而且消耗较大，进入二十一世纪以来，利用数值模拟的方法对焊接工艺进行研究得到了广泛的开展。本文利用有限元软件ANSYS，选取主梁在实际工况下应力较为集中的部分作为研究对象，并将该部分提取出来建立简化的有限元模型，基于有限元以及热弹塑性等相关理论，对不同的焊接工艺方案进行数值模拟，并得出了温度场、应力场分布变化以及最终的残余应力和变形情况，并加以实验佐证。主要包括以下内容：（1）TBM主梁焊接部位的选取：利用有限元软件ANSYSWorkbench对TBM主梁施加实际工作载荷，进行静力学有限元分析，以找出应力较为集中的部分，并以此部分作为焊

5、接工艺的研究对象。（2）焊接数值模拟有限元模型的建立：根据实际焊接工艺，选择主梁顶板与腹板的典型焊接结构作为分析对象，利用有限元软件ANSYS的参数化编程语言建立了包含多层多道焊的焊接部位有限元模型。（3）焊接温度场数值模拟：确定焊接工艺方案和工艺参数，在ANSYS中对焊接过程进行仿真，得到温度场的分布变化规律并分析讨论。（4）焊接应力应变场的数值模拟：通过热-应力耦合的分析流程，以温度场分析结果作为基础，对不同焊接工艺顺序进行模拟，得到应力应变场结果并对比讨论，为实际焊接工艺顺序的选择提供一定的理论基础。（5）采用盲孔法对口字型焊接样件残余应力进行测量，并与数值模拟结果进行对比，以验证模拟结

6、果的合理性，从侧面证明焊接顺序方案选择的合理性。关键词：TBM主梁；温度场；应力应变场；焊接顺序；残余应力；变形论文类型：应用研究IAbstractAbstractTBMiswidelyusedintunnelingengineering.AsthekeycomponentoftheTBMhostmachine,themainbeambearstheforcesandtorquesfromthecutter-headandpassesittothebootssystem.TBMmainbeam’slifeandworkqualitydirectlyaffecttheprogressandqua

7、lityofthetunnelengineering.TBMmainbeamisatypicalbox-beamstructurewhichismanufacturedbywelding.Afterwelding,theresidualstressandweldingdeformationwillbeinevitablyproducedwhichcannotbeignored.Andtheywil