某车体侧墙立柱焊接过程cae仿真探究

《某车体侧墙立柱焊接过程cae仿真探究》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、某车体侧墙立柱焊接过程CAE仿真探究　　摘要：随着计算机技术的发展，铝合金焊接的数值模拟技术被越来越多的应用，在城市轨道交通行业、车辆制造等工程领域，铝合金因其材料的特殊性，焊后残余应力、焊接变形复杂，其焊接过程的控制成为制造控制的重要因素，本文运用现车焊接试验与有限元分析相结合的方法，利用现实与虚拟协同再现了某铝合金车体侧墙的焊接试验，由此控制和预测的项点包括焊接热输入、焊接残余应力、焊接温度场等参数，解决铝合金车体侧墙在制造过程中的焊接问题。本文利用大型商用有限元软件ABAQUS构建了铝合金车体侧墙的有

2、限元模型、材料本构模型、夹具拘束作用模型，通过与工艺试验对比，实现焊接过程的控制。关键词：CAE；侧墙；ABAQUS；焊接行为；焊接热输入；协同仿真中图分类号：TB302.3文献标识码：A9目前，CAE（计算机辅助工程）的研究已经在制造业推广，在影响CAE技术发展的诸多因素中，人才、计算机硬件和分析软件是三个最主要的方面，现代计算机技术的飞速发展，已经为CAE技术奠定了良好的硬件基础。多年来，重视CAE技术人才的培养和分析软件的开发和推广应用，发达国家不仅在科技界，而且在工程界，已经具有一支较强的掌握CAE

3、技术的人才队伍，同时在分析软件的开发和应用方面也达到了较高水平。焊接技术是现代制造业中最有效、应用最广泛的连接方法，广泛应用于轨道车辆、船舶、航空航天等制造工程领域。在焊接过程中，由于其不均匀的加热及冷却过程，焊接结构焊后存在着不可避免的焊接残余应力和变形。特别是对于大型结构而言，结构尺寸大，形状复杂，焊缝总长度长，焊后残余应力、变形情况更为复杂，对制造精度及使用性能的影响更为显著，装备制造业为国民经济各行业提供技术装备，产业关联度高、吸纳就业能力强，是各行业产业升级、技术进步的重要保障和国家综合实力的集中

4、体现。最近几年，我国的制造业发展速度快，重大技术装备自主化水平显著提高，已经成长为装备制造业大国。然而产业大而不强，高新技术与传统装备工业改造结合不够，装备制造业信息化程度、自动化程度不高。对于铝合金车体而言，由于铝合金具有导热率大、热膨胀系数大等特性，其焊接结构焊接残余应力、变形更为显著，因此对铝合金车体的焊接变形控制也成为亟待解决的问题。9焊接数值模拟技术充分利用现代计算机技术和高性能计算技术，通过建立精确的数学物理模型，数字化再现焊接过程，可有效地实现对复杂或不可观察现象的定量分析。应用数值模拟技术为

5、实际焊接生产提供全面的参考数据和可行性理论支持，为控制焊接变形提供了一个很好的方法，是提高焊接技术科学性的有效工具。有限元法求解焊接问题就是通过软件内置的一系列的假设和近似，获得了微分方程（或积分方程）及相应的定解条件，并预期在某一连续空间和时间内求解这组方程后，微分方程（或积分方程）的解等价于物理解。由于微分方程求解存在数学上的困难，所以采用时间和空间离散的方法，将微分方程组及其定解条件转化为一个超大型的代数方程组，并预期求解这个代数方程组后，代数方程组的解等价于微分方程的解。焊接变形预测对焊接结构的生产

6、和使用具有重要意义，进行焊接变形准确预测较为困难。焊接变形预测的理论依据主要有解析法、基于弹性有限元的固有应变法，焊接热弹塑性有限元法、粘弹塑性有限元法、建立在实验和统计基础之上的经验公式等。解析法以焊接热传导理论、结构力学理论、残余塑变理论或弯曲理论为基础，能够确定一些较为简单的焊接变形。对于复杂构件，利用解析法求解则非常困难。9本文使用ABAQUS软件，模拟了车体侧墙边梁立柱焊接这一典型焊接结构，对计算结果和试验结果进行对比，为不同焊接结构计算分析选择适用方法提供了参考。并对其温度场分布进行了模拟。本研

7、究利用现有车体侧墙焊接结构的焊接试验，以及大型商用有限元软件ABAQUS的模拟，完成了焊接试验及计算机仿真，进行了多区域网格划分、焊接温度场分析、焊接变形过程再现、现车焊接试验、焊接热输入量预测，寻求材料可能的极限服役状态，而对已有的先进材料也必须预设典型的服役环境，推演其可能的焊接行为。1数值模拟方法本文利用大型商用有限元软件ABAQUS，完成车体侧墙立柱结构的焊接过程的计算机仿真，并跟踪侧墙制造过程，在现车上进行了焊接试验，对焊接过程进行分析，调整和优化了焊接工艺。1.1侧墙结构的描述铝合金车体侧墙是铝

8、合金车体的一部分，主要由边梁和立柱拼焊而成，侧墙作为支撑结构，对车体平稳性具有重大影响，其关键点为立柱与边梁的组焊。1.2试验模型的选择本文为真实再现某铝合金车体侧墙的实际试验工况，建立了侧墙部件的整体模型，试样重点提取了侧墙边梁、立柱间的焊缝，其真实结构得到还原，如图1所示，能够更有效地从焊接接头层面上分析焊接的过程。图1侧墙结构图1.3试验物理现象描述9本文以铝合金车体侧墙结构为研究对象，应用双椭球热源模拟的