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基于焊接的火车钩舌再制造修复过程应力变形研究
| 论文题名： | 基于焊接的火车钩舌再制造修复过程应力变形研究 |
| 关键词： | 火车车钩;钩舌磨损件;再制造修复;应力变形 |
| 摘要： | 钩舌是火车车钩缓冲装置的重要部件之一，长期使用导致钩舌 S面产生严重磨损、裂纹，甚至报废。对钩舌磨损件进行基于GMAW(Gas Metal Arc Welding)的再制造修复，研究该过程残余应力、变形规律，优化堆积路径，对于提高钩舌修复质量，具有重要意义。本文研究了13A型货车钩舌在典型再制造修复路径下的温度场、应力、变形规律，并通过对不同堆积路径下堆积热过程、应力变形进行对比分析，以优化钩舌修复路径。 本文采用有限元 MSC.Marc软件，建立钩舌修复的热-应力直接耦合计算模型。针对工件体积大、结构复杂、网格单元数目庞大、材料性能参数随温度非线性变化、求解收敛困难、边界条件复杂、计算时间过长等问题，采用生死单元法按堆积顺序逐步激活填充金属网格，利用定义接触体法有效减少网格总数，提高了计算速度。通过验证实验，实测了钩舌修复过程典型位置热循环以及残余应力分布，对比得出，模拟与实测结果基本吻合，验证了模型正确性。 以沿长边由内到外反向连续堆积修复过程为例揭示温度场、应力场的一般分布规律，并对残余应力和变形分布特点进行探讨。结果表明：钩舌堆积修复过程，前道对后道有预热作用，后道对前道有后热作用，且随堆积道数增加热积累作用增大；后道热过程可使前道得到部分应力释放；残余应力分布为：在 S面拘束度较大的内凹面区域应力较大，外凸面区域应力较小，末道堆积区域出现局部应力最大值。 分析对比不同堆积路径对修复热过程、残余应力、变形的影响，结果表明：从温度场角度分析，沿长边由外向内堆积比沿长边由内向外堆积更有利于散热；沿短边堆积温度场分布最不平均；从应力场角度分析，在钩舌 S面内弯角处，短道正、反向两种修复过程残余应力最小，其次是沿长边由外向内堆积的两种方式，最后是沿长边由内向外堆积的两种方式；从变形角度分析，每种修复方式均符合要求。根据上述结果，采用优化的路径进行堆积修复，道间等待20s，可以有效的降低 S面内弯角处应力，以减少疲劳裂纹产生的可能性，提高修复质量。 |
| 作者： | 贾瑞燕 |
| 专业： | 材料加工工程 |
| 导师： | 张广军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工业大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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