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液压支架中立柱的设计及焊接模拟分析

作　者: 何仁财
导　师: 邹文楠
学　校: 南昌大学
专　业: 力学
关键词: 立柱有限元数值模拟焊接温度场残余应力
分类号: TD355.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 99次
引　用: 2次
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内容摘要

立柱是用来调节支架高度并承受载荷的。在液压支架中立柱是作为主要的执行机构,是液压系统中的最后一个环节。立柱性能的优劣直接影响到机械设备的工作性能。立柱的结构形式多样,如果设计分析的合理就能获得事半功倍的效果；倘若设计分析不当,则往往会造成“先天不足”,给制造、使用带来很多问题。缸筒和缸底作为分开加工的零部件,需要通过焊接联接起来,焊接过程中,由焊接所引起局部的不均匀热,从而产生动态应力应变及随后的残余变形及残余应力,避免缸体在在焊接过程中所产生的应力及应变而影响焊接接头的质量及生产率,为此需要利用有限元分析软件ANSYS对缸体焊缝的热过程进行模拟。本文是基于前人工作经验的基础上,初步设计计算立柱,校核各部件相关尺寸和强度之后,用三维绘图软件SolidWorks绘制出了相关部件的三维图形,接着是用ANSYS有限元分析软件模拟分析缸体联接处的焊接。用ANSYS软件模拟分析了三维实体的焊接模拟过程,给出了相关焊接温度场和应力分析的模拟方法,得出了焊接模拟结果的三维云图,这些三维分析云图与实践中的结果及理论结果比较稳合,并为实践及设计提出了点合理设计的建议。本文主要工作和结论如下。1、设计出了整个立柱的主要零部件及利用三维绘图软件绘制出相关的图形及装备图；2、利用生死单元技术法对焊缝的载荷进行逐步的施加；3、利用有限元分析软件ANSYS模拟分析了缸体焊接过程中的温度场、残余应力、变形场分布的三维云图,并选择几个特殊点进行分析,比较了它们的应力变化情况。本文通过设计立柱、模拟分析焊接热过程及应力分析,这些工作的研究有助于优化设计,促进了有限元分析软件在焊接分析以及在实践工程的应用,提供合理的参数促进焊接结构的优化设计,可以减少不必要实验、加工和焊接的时间及成本。模拟焊接结果也给我们理解焊接过程中所发生的一系列复杂现象提供了理论的依据；另外模拟的结果也可以给焊接工艺方案及过程控制提供合理性建议,为实践提供参考及借鉴。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章引言  9-16
  1.1 选题依据  9-10
  1.2 焊接分析在国内的发展状况  10-14
  1.3 数值模拟的前景和展望  14-15
  1.4 本文的研究内容和拟解决的问题  15-16
第二章立柱主要部件的设计思路  16-31
  2.1 压力等级的定义及分类  17-18
  2.2 立柱缸筒外形图  18
  2.3 初撑力和工作阻力的定义  18-21
    2.3.1 立柱缸筒内径的计算及图形的确定  18-20
    2.3.2 立柱壁厚的计算及外径的确定  20-21
  2.4 立柱安全系数n的确定  21-24
  2.5 活塞设计的依据  24-28
    2.5.1 活塞的结构  24
    2.5.2 活塞长度及结构  24-26
    2.5.3 活塞杆的设计  26-27
    2.5.4 活塞杆的强度校核  27-28
  2.6 导向套的功能  28-30
    2.6.1 导向套结构的设计及三维图形的确定  28-29
    2.6.2 导向套选用的材料  29-30
  本章小结  30-31
第三章立柱的焊接理论分析  31-55
  3.1 焊接的物理过程  33-34
    3.1.1 焊件金属的热物理性质  33-34
  3.2 焊接热源  34-37
    3.2.1 热源的分类  35-36
    3.2.2 焊接热源速度的判别  36
    3.2.3 焊接热源的计算及焊接效率  36-37
  3.3 焊接热源模型的选择  37-39
    3.3.1 集中热源  37-38
    3.3.2 平面分布热源  38
    3.3.3 体积分布热源  38-39
  3.4 焊缝的焊接形状  39-42
    3.4.1 厚板焊接接头形式和坡口的修正  41-42
  3.5 焊件上加热区热能的分布  42-46
  3.6 热传导的形式  46-47
  3.7 焊接温度场的特征及数学描述  47-48
  3.8 焊接温度场的数学解析表达式  48-50
  3.9 焊接时焊件的组织情况  50-51
  3.10 应力、应变及其相关定义及物理量  51-53
  3.11 焊接应力  53-54
    3.11.1 焊接残余应力产生的因素  53-54
  3.12 本章小结  54-55
第四章焊接温度场的有限元模型的实例  55-68
  4.1 缸体有限元模型  58
  4.2 研究对象——缸体的实例分析  58-59
  4.3 热源载荷的施加过程  59-60
  4.4 时间步长  60-61
  4.5 荷载模型分析  61
  4.6 生死单元的定义及控制  61-63
  4.7 分析选项与计算  63-64
  4.8 后处理——温度场模拟结果及分析  64-67
  4.9 本章小结  67-68
第五章焊接残余应力的分析  68-80
  5.1 应力场模拟分析过程  70-73
    5.1.1 定义材料属性  70-72
    5.1.2 定义边界条件及施加载荷  72-73
    5.1.3 后处理  73
  5.2 焊接残余应力云图结果分析  73-79
    5.2.1 缸体残余应力分布情况  74-77
    5.2.2 焊接后的变形云图  77-79
  5.3 本章小结  79-80
第六章结论与展望  80-82
参考文献  82-85
攻读硕士期间公开发表的论文  85-86
致谢  86

液压支架中立柱的设计及焊接模拟分析

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