加筋板结构及焊接顺序对焊接变形的影响CSCD

焊接广泛应用于工业中,用于组装不同的产品,如:汽车,船舶,桥梁等。而焊接变形通常是造成尺寸不精确和高制造成本的主要原因。因此,通过有限元模拟预测变形量和通过改善焊接结构的质量来减小焊接变形是至关重要的。本项研究的目的是减少大型船板的变形,有两种方法:首先,采用热弹塑性有限元分析进行变形预测,估算Q345钢焊接接头的固有变形;其次,基于固有应变理论对大型船板的焊接过程进行弹性分析,揭示了板材边缘和内部的变形情况。通过运用有限元模拟,对比不同形状模型的焊接变形,找到最有焊接顺序,可以最大限度降低焊接变形。     

采用集成计算方法预测开式锻焊齿轮的焊接变形

以直径为7 160 mm的大型开式锻焊齿轮为研究对象，采用集成计算方法预测了齿轮在焊接制造过程中产生的变形。基于MSC. Marc通用有限元软件平台，从齿轮结构中抽取了3个典型焊接接头，采用热-弹-塑性有限元方法计算了各个接头在多层多道焊接条件下的固有变形，即纵向收缩、横向收缩和角变形；将各个焊接接头的固有变形转化为固有应变，采用基于固有应变的弹性有限元方法计算了开式锻焊齿轮的整体焊接变形。数值模拟结果表明，大型锻焊齿轮在焊接制造后，直径方向收缩量约为11 mm，周向收缩量约为3 mm。     

固有应变值施加方式的焊接变形仿真研究

为提高固有应变法在预测焊接变形应用中的准确度,以T型接头为算例,采用SYSWELD仿真软件对多个方案进行数值模拟,研究了固有应变施加方式对焊接变形预测的影响,进而提出了一种新的固有应变施加方式。为了验证此方法的准确性,将三种设计方案的计算结果与热弹塑性有限元方法的计算结果进行分析比较。结果表明:在以焊缝中间线为轴心、焊缝直角边的1/2为半径的范围作为固有应变的施加区域时,其变形预测精度明显提高,变形量更加逼近于热弹塑性有限元分析方法的预测结果。     

1500 MPa级超高强钢复杂薄壁结构焊接变形预测

基于MSC.Marc通用有限元软件平台,开发了同时考虑材料非线性、几何非线性和边界非线性的热-弹-塑性有限元方法用于模拟1 500 MPa级超高强钢薄板接头的焊接变形;同时也开发了基于固有应变理论的弹性有限元方法来计算大型复杂结构的焊接变形。首先,以1500MPa级超高强钢薄板对接接头为研究对象,分别采用热-弹-塑性有限元方法和固有应变法模拟了焊接变形,并与试验结果进行比较,计算误差均小于15%。随后,以1 500 MPa级超高强钢大型复杂薄壁结构为研究对象,采用热-弹-塑性有限元法计算薄壁结构中典型焊接接头在自由和强制拘束条件下的固有变形,考察拘束条件对焊接接头变形的影响。最后,基于固有应变理论计算了超高强钢复杂薄壁结构的整体焊接变形,并研究了强制拘束对薄壁结构焊接变形的影响。数值模拟结果表明,采用外部强制拘束可以在一定程度上减小薄壁结构的总体变形。     

特种车体大型结构件焊接的三维有限元分析及工艺优化

应用WELD-PLANNER有限元分析软件对特种车体大型结构件焊接过程进行数值模拟仿真分析,设计了多种焊接顺序的焊接工艺,分析了不同的焊接顺序对大型结构件的焊接变形影响,从而选择了合理的焊接顺序,优化了焊接工艺,减少了焊接变形,提高了大型结构件的精度。该方法对于工程应用具有一定指导意义。     

焊接变形预测的研究进展

焊接变形预测技术对焊接结构的制造和使用有重要意义,数值模拟是近年来研究焊接变形的主要手段和方法,文中综述了预测焊接变形的各种方法及其发展现状,重点介绍了热弹塑性有限元法和固有应变法预测焊接变形的原理、存在的困难和国内外研究者提出的相应解决措施,以及下一步研究有待解决的问题。     

基于SYSWELD的轨道车辆大型结构件焊接变形数值模拟

应用SYSWELD软件对CATIA格式轨道车辆大型结构件进行焊接仿真模拟,通过变形云图测量出焊接变形量,并与预生产焊接变形量进行对比。结果表明,SYSWELD软件模拟与预生产焊接变形趋势一致,能够用于大型结构件焊接变形的趋势预测,可大大缩短焊接预生产周期,减少成本。     

焊接变形预测中基于假定热应变法的弹性有限元建模

传统的固有应变法在固有应变载荷的施加中,因难以准确反映实际固有应变分布规律而影响焊接变形预测精度。通过传统等效载荷法与应变直接边界法的融合优化,所提出假定热应变法能够有效弥补传统载荷法逐层输入固有应变载荷的失真,以及应变直接边界法无法预测凸型角变形及纵向弯曲的不足。同时,该方法通过等效力学模型综合考虑多样的固有应变分布,使由凸型角变形和凹型纵向弯曲组成的马鞍形屈曲变形实现准确的分析计算。通过试验、热-弹塑性有限元模型,应变直接边界法弹性模型和假定热应变弹性模型综合比较,研究5052铝合金平板堆焊下所形成的屈曲变形。结果表明,假定热应变弹性模型对屈曲变形实现准确和快速的预测,可以应用于大型焊接结构及激光增材制造中的变形预测,并能够为固有应变理论中实现实际固有应变分布的转换提供新的思路。     

外拘束对铝合金薄板结构焊接变形的影响

采用热-弹-塑性有限元法与基于固有应变理论的弹性有限元法相结合的计算方法,模拟不同板厚铝合金(A6061)薄板结构的焊接变形.同时,基于数值模拟结果,讨论外部拘束对焊接变形的影响.在计算方法上采用两步集成计算方法,第一步采用热-弹-塑性有限元法计算薄板结构中典型焊接接头的固有变形,第二步将各个接头的固有变形转化成相应的固有应变代入到基于固有应变理论的弹性有限元模型中计算了薄板结构的总体变形.热-弹-塑性有限元计算结果表明,在本研究的模型中,外部拘束对T字接头的纵向收缩力(Tendon force)的影响很小,对横向收缩有一定影响,对角变形有显著影响.弹性有限元计算结果表明,在不产生屈曲变形的情况下,外部约束可以有效地减小焊接结构的面外变形,但是在发生屈曲变形的情况下,外部约束并不能防止薄板焊接结构的失稳变形.     

焊接变形的高精度测量方法及预测方法研究

基于有限元分析的固有变形逆解析方法是一种获取焊接接头固有变形的新方法。但是,采用该方法计算固有变形时,必须已知焊接前后焊接接头上少数点的三维坐标值。为了提高固有变形逆解析结果的精度,提出利用接触式三维坐标测量仪准确地获得焊件中面上三维坐标的新算法。该算法是通过在被焊件上加工小孔,在每一个小孔附近测量八个点的三维坐标,利用测量得到的坐标值确定小孔的中心位置。以2 mm和3 mm薄板表面堆焊焊接接头为例,以计算得到的小孔中心三维坐标为已知参数,基于逆解析方法求得了各成分固有变形,并采用固有应变法预测了2 mm和3 mm薄板焊接变形。通过比较分析发现,尽管焊件板厚只相差1 mm,但焊接变形的特征和变形量却有显著的差别,采用该测量方法及算法能获得焊接接头中面上较精确的三维坐标,基于逆解析方法获得的固有变形各成分有效准确。     

基于固有应变法反应堆压力容器支座焊接变形预测

由于反应堆压力容器支座板厚大、焊缝多,焊接过程中不可避免的会产生焊接变形,如果可以提前对焊接过程中产生的焊接变形进行预测,就能够采取相应的方法在焊接过程中对焊接变形进行控制。基于固有应变法,采用有限元计算的方法对压力容器支座进行了仿真计算,对该结构在焊接过程中产生的焊接变形进行了预测,结果表明:在结构刚度较小的部位均出现较为明显的焊接变形,建议在实际施焊过程中增加适当的支撑来增加结构的刚度,减小焊接变形。对于结构整体焊接变形,可以通过改变焊接方向和焊接顺序来进行改善。     

基于有限元的轻量化焊接桁架结构优化设计

采用经验公式进行强度验算的传统方式已经不适应当前复杂化的桁架结构设计,通过ANSYS软件进行有限元模拟优化分析进行结构设计是新的技术手段。利用ANSYS Workbench软件,进行静态分析、屈曲分析和响应面分析,通过协同设计、逐步优化的方式,最终得到斜四棱柱式焊接桁架结构。通过瞬态分析对其最大承载力进行预测,结合实验验证了预测承载力的准确性。结果表明:基于ANSYS有限元优化的结构与试验焊接桁架的承载能力接近,对桁架结构失效变形预测准确;通过逐步优化的方式有效提高桁架结构单位质量的承载力,实现结构轻量化。     

拼焊顺序对大型焊接机壳中分法兰变形的影响

利用热弹塑性有限元方法对大型轴流焊接机壳中分法兰的变形状态进行了数值计算,建立有限元模型,分别计算三种拼焊方案下机壳中分法兰的变形情况。定量地预测了不同拼焊顺序下机壳中分法兰的变形,得到了可获得最优变形状态的拼焊顺序。对比中分法兰计算变形和实际变形测量数据,吻合良好,证明数值优化方法用于大型结构的变形预测是可行的。     

基于热-机耦合有限元法预测构架侧梁焊接变形

准确地数值模拟焊接构架侧梁在其生产过程中产生的焊接变形规律,是有效地控制焊接变形和减少焊后矫形工作的关键。本文基于热-机耦合热弹性有限元方法,采用Marc软件,创建了焊接构架侧梁有限元模型,并采用分段串热源进行焊接热源模拟,得出了侧梁在垂向弯曲、水平弯曲和纵向收缩变形的规律,最后利用合理的实验方法给出侧梁实际变形结果。研究表明:数值模拟计算与实验结果十分吻合,从而证明了此方法对其进行焊接变形预测的有效性。     

基于有限元带隔板双槽钢焊接梁焊接仿真优化

针对工业生产中广泛使用的带隔板双槽钢焊接梁在焊接成型过程中的变形,通过有限元技术模拟真实的焊接过程和焊接顺序,实现了焊缝焊接顺序的最优化.首先建立焊接梁有限元模型,定义材料属性,确定边界条件以及热源的类型及其大小.然后通过有限元技术模拟焊接过程,再现了焊缝填充物的生成过程.通过优化焊缝的焊接顺序达到了控制变形并使其最小的目的.最后分析结果,得到了焊接变形的理论依据.     

后倾式离心风机叶轮机器人焊接工艺优化

在后倾式离心风机叶轮机器人焊接时，为了既保证焊缝质量又最大程度减小焊后变形量，综合运用热弹塑性有限元法和固有应变法对其焊接工艺进行优化。利用基于热弹塑性有限元法的Visual-Environment软件，结合双椭球热源模型对焊缝熔池情况进行数值模拟和实验验证，得到了最优焊接参数。在已知焊缝固有应变的情况下，采用基于固有应变法的Weld Planner软件对后倾式离心风机叶轮在不同焊接顺序和焊接方向下产生的变形进行了预测，得到了最优焊接顺序和焊接方向。运用得到的最优焊接工艺对后倾式离心风机叶轮进行试生产，其焊后变形情况与数值模拟得出的结果较为一致，满足产品的质量要求。     

薄壁箱形梁的焊接变形预测

通过试验和理论的结合,对薄壁箱形梁的焊接变形进行了预测。主要采用热弹塑性有限元法分析焊接时梁的变形情况,结果与实际吻合得非常好,为后面预测大型薄壁结构的焊接变形奠定了基础。     

基于固有应变理论的等高齿弧锥齿轮铣刀盘焊接变形仿真研究

基于固有应变理论,使用Weld Planner有限元软件对等高齿弧锥齿轮铣刀盘的焊接变形进行研究,通过建立有限元模型准确快速得到铣刀盘的焊接变形规律.根据仿真模型和焊接参数对铣刀盘进行焊接,测量的变形和数值与仿真参数一致.     

基于固有应变法的桅杆焊接工艺仿真

桅杆的材料为Q345B,通过采用焊接的方式,将桅杆的底板、侧板、顶板和加强筋焊接成装配件。桅杆在焊后存在变形,需要通过热校形来减小和控制变形量。基于固有应变法对桅杆的焊接成型工艺进行仿真,通过三维弹塑性有限元仿真,得到焊接成型过程中焊缝周围的残余应力分布和固有应变分布趋势,进而通过固有应变法获得桅杆焊后的整体变形。     

薄壁箱形梁的焊接变形预测

通过试验和理论的结合，对薄壁箱形梁的焊接变形进行了预测。主要采用热弹塑性有限元法分析焊接时梁的变形情况，结果与实际吻合得非常好，为后面预测大型薄壁结构的焊接变形奠定了基础。