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新型列车转向架构架焊接数值模拟

作　者: 孙传政
导　师: 潘亦苏
学　校: 西南交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: SYSWELD 转向架构架有限元分析应力分析变形分析
分类号: U270.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

列车的转向架是保证车辆运行品质与运行安全的关键部件,作为转向架的承载部件,构架又是其最重要的组成部件。焊接是构架的主要的制造方式,因此,研究新一代转向架构架焊接残余应力与结构强度的关系,具有非常重要的意义。迅速发展的现代焊接技术虽然在很大程度上为转向架焊接质量的提高提供了良好的基础,但由于材料本身的物理特性以及焊接接头组织性能的不均匀性,在焊接过程中仍难免产生缺陷,我们所进行的研究也就是对于解决以上焊接技术问题的探讨。进入二十世纪中后期以来,伴随着计算机革命的兴起,各种基于计算机科学的学科得到了跨越式发展,数值模拟技术已经成为各行各业在总结过去经验继而发展新技术新工艺的重要推动力之一。焊接是一个强烈非线性的复杂过程,其间发生的各种复杂现象我们难以直观去感知,很多情况下都是依靠经验来解决实际问题。例如焊接时的电磁、传热、金属熔化凝固,冷却时的相变、焊接应力及变形等,我们今天也难以给出详细的解决方案。为此,本文尝试使用数值模拟来研究转向架构架焊接过程中的各种现象,以求能取得满意的结果。本论文主要围绕如何利用有限元技术模拟转向架焊接过程,根据计算结果确保列车转向架构架焊接质量,研究列车转向架构架焊接制造中如何有效地控制焊接变形及应力的问题。选取某新型列车转向架构架作为研究对象,结合有限元方法采用ESI焊接专业软件SYSWELD对列车转向架构架进行数值计算分析,建立其三维几何模型,划分网格模型,并设置热源参数。讨论了计算所得的温度场、材料相变、残余应力以及变形结果,将计算结果与实验结果进行对比,符合良好,由此验证了本文采用的焊接模拟方案的可靠性。为优化原工艺措施,调整应用多种焊接顺序工况方案进行模拟,并进行对比,最后得到了最佳方案。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章绪论  10-19
  1.1 课题背景及研究意义  10-12
  1.2 焊接数值模拟的研究现状  12
  1.3 焊接数值模拟定义及作用  12-17
    1.3.1 焊接模拟分析方法及本文采用类型  13-14
    1.3.2 焊接热过程与应力应变分析研究历史与现状  14-17
  1.4 研究目的与意义  17-19
第2章焊接过程有限元分析的理论基础  19-30
  2.1 有限元法特点及其优越性  19-21
    2.1.1 有限元软件分析的基本步骤  20-21
  2.2 焊接数值模拟有限元模型建立与方法  21-22
  2.3 焊接的热流和温度场计算  22-24
    2.3.1 焊接温度场的基本方程  22-23
    2.3.2 温度场计算结果和影响  23-24
  2.4 焊接残余应力及变形的有限元理论  24-29
    2.4.1 热弹塑性有限元解法  25-27
    2.4.2 固有应变有限元方法  27-28
    2.4.3 焊接残余应力及变形分析过程  28-29
  2.5 小结  29-30
第3章列车转向架构架焊接模拟数值建模  30-38
  3.1 SYSWELD简介  30-31
  3.2 SYSWELD自带热源模型及其特点  31-34
    3.2.1 常用焊接热源模型种类  31-33
    3.2.2 双椭球热源  33-34
  3.3 转向架构架网格模型  34-37
    3.3.1 模型要点  34-35
    3.3.2 SYSWELD对有限元模型的要求  35
    3.3.3 模型建立  35-37
  3.4 小结  37-38
第4章转向架构架的模拟计算及实验验证  38-58
  4.1 材料参数及焊接参数  38-42
    4.1.1 材料物理属性  38-40
    4.1.2 焊接工艺及参数  40-41
    4.1.3 边界条件  41-42
  4.2 构架焊接温度场、残余应力及变形的模拟结果  42-56
    4.2.1 焊接温度场模拟结果  42-45
    4.2.2 焊接过程中的材料相变与相变分析  45-47
    4.2.3 焊接应力模拟结果  47-51
    4.2.4 焊接变形模拟结果  51-52
    4.2.5 模拟结果同实验结果对比  52-56
  4.3 小结  56-58
第5章焊接顺序对焊接模拟的影响  58-62
  5.1 焊接顺序对模拟结果趋势的影响  58-61
  5.2 小结  61-62
结论与展望  62-64
致谢  64-65
参考文献  65-67
攻读硕士学位期间发表论文  67

新型列车转向架构架焊接数值模拟

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