基于有限元分析的叉车门架的焊接变形研究

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1、目录1绪论11.1课题来源、目的和意义11.1.1课题的来源11.1.2课题的目的11.1.3课题研究的意义11.2课题研究的背景11.3焊接变形的研究方法21.3.1建立在实验和统计基础上的经验曲线与公式31.3.2基于一维解析的残余塑变法31.3.3热弹塑性有限元法31.3.4残余塑变有限元法（固有应变法）31.4焊接变形研究中常用的软件41.5国内外焊接变形研究的历史与现状41.5.1国外焊接变形研究与发展状况41.5.2国内焊接变形研究与发展状况61.6本论文研究的内容61.7本章小结72焊接数值模拟82.1

2、有限元法简介82.2焊接有限元分析简介92.3有限元的基本理论102.4弹性力学有限元分析基本理论132.4.1一点应力状态132.4.2应变一位移方程142.4.3应力一应变方程142.4.4虚功原理152.5壳单元基本算法162.5.1Shell181壳单元162.6固有应变理论212.6.1固有应变有限元法212.6.2固有应变有限元法的计算机制252.6.3固有应变的施加方法262.7本章小结263焊接数值模拟软件的选用及其主要功能273.1ANSYS软件的简介273.2ANSYS程序功能283.3ANSYS

3、程序单元类型293.4ANSYS程序材料类型293.5ANSYS文件系统293.6ANSYS软件在焊接变形分析中的应用303.7ANSYS软件在焊接固有应变法中的应用313.8本章小结314CPCD30叉车外门架焊接变形模拟分析324.1用ANSYS软件进行有限元分析的典型过程324.2CPCD30叉车外门架的主要分析指标324.3基于UG/CAD的外门架三维实体建模334.4叉车外门架的材料属性344.5叉车外门架有限元模型的建立与仿真354.5.1叉车外门架固有应变的计算354.5.2模型的导入394.5.3定义

4、接触394.5.4定义模型材料属性和片体厚度404.5.5叉车外门架有限元模型单元的选择414.6.6叉车外门架网格的划分424.5.7边界约束条件和加载434.5.8外门架焊接变形模拟计算434.6外门架左右滑道内侧面和左右滑道上侧面变形分析454.6.1外门架左右滑道内侧面X方向变形分析454.6.2平行度的定义及检测方法474.6.3左右滑道内侧面平行度误差分析494.6.4左右滑道上侧面平行度误差分析504.7外门架焊前措施的采取514.7.1外门架焊前反变形措施的采取514.7.2外门架左右滑道X方向变形分

5、析544.7.3左右滑道内侧面平行度误差分析544.7.4左右滑道上侧面平行度误差分析564.7.5上横梁与挂链座单独焊接时外门架焊后变形趋势574.8本章小结58结束语59致谢61参考文献62附录641绪论1.1课题来源、目的和意义1.1.1课题的来源本课题内容为广西柳工机械股份有限公司叉车事业部叉车门架焊接变形趋势的研究。由于该企业叉车类型众多，基于毕业设计时间的考虑不能一一研究，故选择具有代表性的CPCD30叉车外门架的焊接变形趋势就行研究分析。1.1.2课题的目的在叉车的运输装卸过程中，叉车门架作为主要的支撑

6、和导向部件，对叉车的工作性能和工作平稳的可靠性有着重要的影响。本论文通过对CPCD30叉车外门架焊接总成时的变形趋势和结果进行数值模拟分析，立足于半外门架模型，通过计算机模拟分析来了解CPCD30叉车外门架的焊接变形趋势，为叉车外门架焊接前采取措施提供有效可行的参考依据。1.1.3课题研究的意义统计资料表明，焊接结构件在叉车整机重量中的比重占到40％左右。由于种种原因，许多叉车主机厂把叉车焊接件作为自己的核心自制件。叉车的主要三大焊接结构——门架、车架和桥体，各叉车厂家在引进国外先进技术的过程中又不断进行技术改造和创

7、新，力求使自己的产品在市场上占据优势，为企业的发展注入动力。现在随着广西柳工机械股份有限公司叉车产量的不断增加，原来的生产工艺已经不能很好的满足生产所需，再加上市场原材料价格的不断上升，矫正变形及机械加工费用的持续提高等生产成本的提高，这些因素很大程度上制约了大吨位叉车的生产和销售，限制了该企业叉车市场的占有额和利润空间。本课题以研究CPCD30型叉车外门架的焊接变形为基础，探索数值模拟技术中固有应变理论在焊接预测和控制方面的应用，力求提高叉车外门架的焊接质量，为大型部件焊接后能够不加工提供了一种可行的参考方法和依据

8、，达到降低生产成本和减少生产时间的效果。1.2课题研究的背景叉车作为通用的起重运输机械，主要用于车站、仓库、港口和工厂进行成件包装货物的装卸和搬运，在配备其它工具以后，还能用于散堆状货物和非包装货物的装卸作业。换而言之叉车主要有如下优点和用途：（1）、实现装卸搬运作业机械化，减轻工人的劳动强度，节约大量劳力，提高劳动生产效率，缩短生产时间；（2