不同约束下机车变压器箱型结构件焊接数值模拟研究

【摘要】科学技术飞速发展的今天,焊接技术已经成为一个重要的课题。随着焊接技术的不断更新发展,焊接构件的形式也越来越多样化,越来越复杂化,箱型结构件就是其中常见一种。箱型结构件在日常生活各领域中都有出现,尤其是工程机械领域。由于在焊接过程中,焊接构件的受热不均匀,导致箱型结构产生残余应力和变形。然而焊接残余应力会影响焊接件的刚度和稳定性,进而降低焊接构件的载重能力,焊接变形则会改变焊件的结构尺寸和形状,从而也会影响焊接件的质量,因此,对焊接残余应力与变形的研究就成为了焊接领域中一重大课题,对实际工程具有重要指导意义。国内外学者就焊接残余应力与变形问题的研究非常之多,并取得了不少研究成果。但学者们研究的方法主要可以分为三种：经验法、解析法及数值模拟法。随着数值计算技术的发展,有限元软件的开发,有限元法在焊接研究方面已经占据了主导地位。本文简述了国内外焊接数值模拟研究的发展现状及难题,并详细地论述了焊接有限元分析理论,在此基础上,利用有限元分析软件ANSYS,以热弹塑性有限元理论及热-结构耦合理论为基础,实现了对箱型结构件的焊接残余应力与变形的数值模拟。本文的主要工作内容如下：1)对四种不同约束下平板对接焊接温度场和应力场进行了数值模拟,得到了四种不同约束方案下的温度场和应力场,并进行对比,同时对波浪式变形进行分析。发现了自由状态下Y方向变形量最大,其最大的变形量为2mm。2)对四种不同约束下的T型接头焊接过程进行了模拟,得到四种方案下的温度场与应力场,并进行对比,同时分析了T型接头焊接的角变形。腹板上的变形较为明显,方案甲中变形最大,其垂直焊缝方向AC边上最大变形量为0.35mm。3)对三种不同约束下箱型结构焊接温度场和应力场进行了数值模拟,得到了三种不同约束下整个箱型构件的温度场与应力场,并对焊接应力和变形进行对比分析。箱型结构件在焊接后发生类似“上拱”的变形,最大变形量出现在盖板中间位置,方案Ⅰ最大变形量为2.14mm,方案Ⅱ最大变形量为1.986mm,方案Ⅲ最大变形量为1.862mm。4)对两种不同焊接顺序下的箱型结构焊接温度场和应力场进行了数值模拟,得到了两种方案下的焊接温度场与应力场的分布,并对冷却后残余应力和变形进行对比分析。方案二的变形量要明显大于方案一的变形量,其最大变形量为2.19mm。
【作者】王琳；
【导师】汤小红；
【作者基本信息】中南林业科技大学，机械制造及自动化，2014，硕士
【关键词】箱型结构件；数值模拟；约束；残余应力；变形；

【参考文献】
[1]徐振.基于层级结构的多光源优化算法的研究与实现[D].山东大学,数字媒体技术和艺术,2013,硕士.
[2]杨金良.高层住宅太阳能热水系统设计[J].住宅科技.2007(09)
[3]赵忠梁.热泵驱动溶液除湿空调系统的研究[D].江苏科技大学,轮机工程,2013,硕士.
[4]邱燕,赵国勇,田根海,高建,张怀榜.尚店北地区火成岩地震勘探方法[J].石油地球物理勘探,2008,S2:59-62+177+7.
[5]徐阳杰,李国岫,虞育松,高思超,王凌.喷孔直径对柴油射流雾化影响的实验研究[J].工程热物理学报,2015,04:907-911.
[6]刘岱.根据帕格尼尼《第24首随想曲》改编的两部双钢琴作品的艺术风格对比与演奏诠释[D].湖南师范大学,音乐学,2014,硕士.
[7]仲蔚,刘爱伦,俞金寿.多变量系统的软测量建模研究[J].控制与决策,2000,02:209-212.
[8]刘玉玲.SAR有源假目标精确位置欺骗干扰技术研究[D].国防科学技术大学,信息与通信工程,2012,硕士.
[9]段红杰,李一浩.微小非球面纳米抛光工艺研究[J].组合机床与自动化加工技术,2014,12:131-134.
[10]谢明.吉比特无源光网络终端管理控制系统的研究[D].哈尔滨工业大学,机械电子工程,2013,硕士.
[11]王琪.shRNA沉默YAP表达对肝癌细胞SMMC-7721增殖和凋亡的影响[D].山西医科大学,消化内科,2013,硕士.
[12]张红地,钟祝赞.在岸人民币市场与香港离岸人民币市场联动关系的实证研究[J].金融教育研究,2014,04:8-14.
[13]张鹏林.邺城地区东魏北齐时期石窟研究[D].郑州大学,考古学及博物馆学,2013,硕士.
[14]邵松生.麻纺织最终产品开发的新进展[J].中国纺织.1999(02)
[15]李艳萍.直接排污上市公司环境绩效与财务绩效关系研究[D].燕山大学,会计学,2013,硕士.
[16]马俊.猪伪狂犬病毒单克隆抗体的研制及双抗体夹心ELISA检测病毒方法的建立[D].扬州大学,预防兽医学,2011,硕士.
[17]石硙岩.不同旋转调强方案用于多发脑转移瘤放射治疗的剂量学研究[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[18]庄云鹏.G105附线工程施工技术研究[D].山东大学,建筑与土木工程（专业学位）,2013,硕士.
[19]温继锦.农业产业化龙头企业与农户利益分配机制研究[D].山西财经大学,农业经济管理,2014,硕士.
[20]冯莉.会计师事务所审计质量评价研究[D].河北经贸大学,会计,2014,硕士.
[21]张素芳.英语学习词典中同词反义现象的处理策略研究[D].四川外国语大学,英语语言文学,2013,硕士.
[22]秦瑶.分析《恶心》主人公意识逐渐觉醒的过程所体现的萨特思想[D].四川外国语大学,法语语言文学,2014,硕士.
[23]战丽萍.高活性乙醇/乙醛脱氢酶菌株的选育和酶激活剂的理性设计[D].西南大学,微生物与生化药学,2013,硕士.
[24]汤韧,易涛,张宜.信息技术在合理用药中的应用[J].医药导报,2005,09:853-855.
[25]周归宇.纳米复合材料在锂离子电池方面应用进展[J].中山大学研究生学刊(自然科学.医学版),2010,04:14-19.
[26]刘艳婷,杨小宝.信号交叉口电动自行车闯红灯行为及其管理建议[J].综合运输,2015,02:54-59.
[27]肖莉莉.对外汉语听力教材中的文化因素研究[D].辽宁大学,汉语国际教育,2012,硕士.
[28]杨青,郑洁.eCRM在我国金融业的应用发展策略分析[J].新金融,2003,10:15-18+1.
[29]谢明明.我国城市社区自治模式研究[D].湖北大学,行政管理,2011,硕士.
[30]高华.AGR2对结肠癌生物学行为影响的临床与实验研究[D].新疆医科大学,外科学,2013,博士.
[31]林适峰.2型糖尿病胰岛素治疗剂量与中医体质的相关研究[D].福建中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2013,硕士.
[32]何艳,李大卫.一种适应任意相位子波的反褶积方法[J].石油地球物理勘探,2008,03:265-269+370+20.
[33]马利军,冯永华,崔志国,李强.城际动车组系列转向架研制[J].机车电传动,2015,02:4-6.
[34]陈丽,霍冀川,王海滨,李林.碳纤维微观结构表征方法[J].高分子通报,2015,01:60-66.
[35]汤洪海,李春文.基于非仿射非线性模型的AC/DC系统H_∞鲁棒控制器设计[J].自动化学报,2007,07:709-713.
[36]崔爱芝.实验性斜视猫模型眼外肌NGF和Myf5表达变化研究[D].青岛大学,眼科学,2013,硕士.
[37]许龙江.基于木马的计算机远程控制及隐藏技术研究[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[38]时晓岩.基于Takagi-Sugeno模型的模糊广义控制系统的研究[D].天津大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[39]廖学勤.以法经济学原理评析单位犯罪的定罪和量刑中的若干问题[D].华东政法学院,刑法学,2003,硕士.
[40]姚成,朱金大,徐石明,金晟.由人机界面实现备用电源自投动作逻辑编程[J].电力系统自动化,2006,04:102-104.
[41]黄铖,邹斌,李冬.一种电价持续曲线理论计算方法[J].电力系统自动化,2010,16:38-42.
[42]杜雪君,黄忠华,吴次芳.房地产税、地方公共支出对房价影响——全国及区域层面的面板数据分析[J].中国土地科学,2009,07:9-13+19.
[43]赵利军.基于语义分析的网络服务智能交互系统研究[D].西南交通大学,管理科学与工程,2013,硕士.
[44]贺鹏.Windows 2000环境下无线网卡驱动程序及网络隧道驱动程序实现的研究[D].西安电子科技大学,通信与信息系统,2003,硕士.
[45]颜雪松,蔡之华,徐战亚,张留学.一种高效的关联规则挖掘算法研究[J].微机发展,2002,05:9-11.
[46]林丽萍.“90后”大学生集体意识培育研究[D].湖南师范大学,思想政治教育,2014,硕士.
[47]杨万林.河北省本科层次体育教师职前教育的现状、问题与对策研究[D].河北师范大学,体育教育训练学,2012,硕士.
[48]陆勇.中房合肥公司项目开发策略研究[D].西安理工大学,工商管理,2003,硕士.
[49]王宜昌,杨辉,郑彬卿.重力资料多层界面的反演效果[J].石油地球物理勘探,1991,03:410.
[50]曲先超.基于MODIS的海面溢油指数研究及应用[D].大连海事大学,软件工程,2014,硕士.