焊接構(gòu)架側(cè)梁殘余應(yīng)力數(shù)值模擬分析.pdf

1、轉(zhuǎn)向架作為機(jī)車車輛的主要部件，對(duì)行車安全起著至關(guān)重要的作用，而構(gòu)架又是轉(zhuǎn)向架的重要承載和傳力構(gòu)件，一般情況下構(gòu)架由箱型結(jié)構(gòu)梁組焊而成。由于焊接過程中不可避免地產(chǎn)生殘余應(yīng)力，在一定條件下，殘余應(yīng)力的存在使焊接構(gòu)架在使用過程中產(chǎn)生裂紋甚至開裂，產(chǎn)生安全隱患。常用的降低或消除焊接殘余應(yīng)力的方法是在焊后采用熱處理或機(jī)械處理，但這些方法在沒有前期測(cè)量分析的情況下實(shí)施，消除效果的不確定性較大。因此，預(yù)報(bào)、測(cè)量和分析焊接殘余應(yīng)力，根據(jù)其產(chǎn)生的原因和存

2、在的規(guī)律性，采取相應(yīng)的技術(shù)措施減少其大小、改善其分布，這對(duì)提高焊接結(jié)構(gòu)承載能力、延長(zhǎng)其使用壽命具有重要的工程實(shí)用價(jià)值。 本文分析了焊接殘余應(yīng)力數(shù)值模擬技術(shù)的特點(diǎn)以及國(guó)內(nèi)外焊接應(yīng)力研究現(xiàn)狀和進(jìn)展，其中有限元數(shù)值分析方法受物體幾何形狀、邊界條件和物理特性的限制較少，實(shí)用性強(qiáng)、應(yīng)用靈活等特點(diǎn)，越來越受到有關(guān)研究人員的關(guān)注，但目前在焊接領(lǐng)域的應(yīng)用尚不十分廣泛。因此，本文在限元分析理論的基礎(chǔ)上，分別給出了焊接溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)學(xué)模型及有限

3、元求解方法。以熱-彈塑性有限元法為基礎(chǔ)，采用有限元分析軟件ANSYS對(duì)T型焊接接頭和箱型結(jié)構(gòu)梁焊接過程中的溫度場(chǎng)、動(dòng)態(tài)應(yīng)力以及焊后殘余應(yīng)力進(jìn)行了數(shù)值模擬分析。針對(duì)焊接轉(zhuǎn)向架構(gòu)架側(cè)梁的殘余應(yīng)力數(shù)值模擬分析計(jì)算量大、時(shí)間步長(zhǎng)難以確定、計(jì)算結(jié)果難以收斂等問題，對(duì)單元的選擇、網(wǎng)格的劃分、時(shí)間步長(zhǎng)的選擇以及邊界條件參數(shù)的規(guī)范進(jìn)行了研究，采用形狀規(guī)則的無中間節(jié)點(diǎn)的三維實(shí)體六面體單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，在近熱源區(qū)域采用極細(xì)網(wǎng)格，遠(yuǎn)熱源區(qū)域則采用稀疏網(wǎng)格，較

4、大程度地提高了計(jì)算效率。焊接熱源的加載及焊縫金屬填充過程的模擬是焊接數(shù)值模擬技術(shù)的難點(diǎn)之一，本文采用單元生死技術(shù)模擬焊縫金屬的填充過程，得到了與經(jīng)典理論相符合的計(jì)算結(jié)果；采用高斯熱源模型模擬焊接熱源，并通過ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言APDL編程模擬熱源移動(dòng)，得出了T型焊接接頭及箱型結(jié)構(gòu)梁的焊接溫度場(chǎng)、熱應(yīng)力場(chǎng)及殘余應(yīng)力的演化規(guī)律，為復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬研究的可行性提供了依據(jù)。 影響箱型結(jié)構(gòu)梁殘余應(yīng)力的因素很多，其中焊接順序?qū)堄?/p>