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机车变压器箱型结构件焊接应力与变形数值模拟
| 论文题名： | 机车变压器箱型结构件焊接应力与变形数值模拟 |
| 关键词： | 机车变压器箱型结构件;数值模拟;焊接温度场;焊接应力;分布规律 |
| 摘要： | 变压器梁是机车底架的主要组成部分，它对机车的承载、底架与变压器的安装起着重要作用。箱型结构件作为变压器梁的主要部件，一般由上下盖板、立板、筋板组焊而成。与其它的焊接结构一样，由于焊接时的瞬时非平衡加热与冷却，箱型结构件也会不可避免的产生残余应力和变形。同时，箱型结构件由于整体刚度大，在消除残余应力和变形时，一般采用火焰矫正，但由于实施前缺少测量分析，消除效果具有不确定性。因此，研究焊接残余应力和变形产生的原因与分布规律，才能在焊接生产中采取相应的措施来控制或减少残余应力和变形，因而具有重要的理论价值和工程意义。 随着有限元理论的发展，使得数值模拟技术在焊接领域得到了应用。本文详述了国内外焊接数值模拟技术的发展现状及难点，并系统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，以三维热弹塑性理论为基础，基于热-机耦合有限元法，实现了对箱型结构件的焊接残余应力与变形的数值模拟。本文的研究工作及研究成果主要有: 1.对简单的T型接头焊接温度场和应力场进行了数值模拟。采用生死单元热源模型，选择Solid70单元，进行了疏密网格的划分，并考虑到了材料随温度变化的热物理性能，模拟之后得到了沿焊缝和垂直于焊缝上各点的温度历程曲线，焊缝处和热影响区的残余应力分布，并分析了焊接角变形。 2.对变压器箱型结构件的两条长直角焊缝的焊接进行了数值模拟。只考虑焊接温度场对应力场的单向耦合作用，通过对称建模缩短了计算时间，得到了焊缝处残余应力分布规律，重点分析了板厚对立板和底板在沿焊缝方向与垂直于焊缝方向上的残余应力的影响，焊后箱型结构件发生了类似“上拱”的垂向弯曲变形，变形量约为2.45mm。 3.对箱型结构件进行了三层三道焊的数值模拟。解决了多层焊接中焊缝材料逐步填充的问题，分析表明:焊缝上各点会经历多个升温与降温的过程，焊接层数对焊缝残余应力、残余应力在厚度上的分布、残余变形均有一定的影响，三层焊接完成后，箱型结构件的垂向弯曲变形约为1.85mm。 |
| 作者： | 赖明建 |
| 专业： | 机械制造及自动化 |
| 导师： | 汤小红 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 中南林业科技大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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