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TBM机头架焊接数值模拟与接头金相组织分析
| 论文题名： | TBM机头架焊接数值模拟与接头金相组织分析 |
| 关键词： | 焊接数值模拟;温度场;残余应力;金相组织;隧道掘进机;机头架 |
| 摘要： | 随着我国大量隧道工程等基础设施项目的开展，隧道掘进施工技术得到了广泛的应用，TBM（全断面岩石隧道掘进机）也得到了大力推广，我国拥有巨大的TBM掘进施工应用市场，但是掌握TBM掘进技术的企业单位少，TBM自主研发及制造水平还相对落后，对 TBM重要零部件加工等核心技术的研究对TBM整机的制造至关重要。 本文研究对象是TBM机头架，课题源于国家863资助项目“大直径硬岩隧道掘进装备（TBM）的关键技术研究及应用（2012AA041801）”。机头架是TBM刀盘的连接支撑件，是TBM掘进过程中承受轴向推进力及刀盘反扭矩的重要结构件，机头架属于大型厚钢板焊接箱体结构，其焊接质量直接影响TBM整机性能。本文通过对机头架受力分析，对其典型 T型结构焊接温度场和应力场数值模拟、焊接接头金相组织实验分析等方面进行了深入研究，旨在为TBM机头架制造工艺的制定和改进提供理论支持。具体研究内容如下： （1）根据TBM掘进原理及机头架内部的传动原理，计算机头架在TBM掘进过程中的最大载荷，并对其进行静力学有限元分析。 （2）以机头架静力学有限元分析得出的应力集中部位为研究对象，建立典型 T型结构的焊接有限元模型，并设定材料热力学性能参数、热源模型、焊接数值模拟工艺参数，进行焊接过程的数值模拟。 （3）利用单元生死技术，对多层多道焊缝填充、焊后冷却过程的温度场分布规律进行数值分析，对焊缝、热影响区、母材上关键点的热循环曲线进行讨论，结合实际焊接的热特性，分析其焊接温度场数值模拟的准确性与合理性。 （4）以温度场结果为基础，通过间接耦合法对焊接应力场进行数值模拟，分析其焊缝填充过程、焊后冷却过程中的瞬态应力场分布，讨论焊后残余应力沿不同路径的分布规律，并对比分析不同焊接工艺下的残余应力水平。 （5）对T型焊接接头进行金相实验，结合焊接温度场数值分析结果，观察分析焊接工艺下焊缝、热影响区、母材的金相组织特性，讨论焊接接头质量，为焊接工艺提供指导。 |
| 作者： | 李荣鑫 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 覃寿同 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 郑州大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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