挖掘机动臂焊接残余变形的热弹塑性有限元分析

采用建立的以温度为控制参数的分段移动温控型热源模型作为焊接热源,利用一系列加速收敛、减少增量步数等技术,在保证高精度的前提下,高效的完成了挖掘机动臂热弹塑性有限元分析,预测了挖掘机动臂残余变形量,并与实际测量值进行比较分析。结果表明,残余变形在垂直方向呈收缩,水平方向前侧拉伸、后侧压缩,整体存在翘曲现象,与测量结果十分吻合。模拟结果准确预测了残余变形演变规律。分段移动温控型热源模型具有操作简便、计算效率高、模拟精度高的特点。     

基于“局部-整体”映射有限元的大型焊接结构变形仿真研究

大型焊接结构的制造成本高,生产周期长,其焊接变形的研究的主要问题是仿真计算效率低,计算周期长。以动车组铝合金侧墙为研究对象,根据实际的焊接工艺参数,采用物理试验与仿真热源校核对比的方法,对两种焊接接头进行热源模型模拟,给出较真实的热源模型,并建立两种接头的精细三维模型,进行局部模型的仿真计算,给出其纵向及横向的焊接残余应力的分布情况,基于"局部-整体"映射有限元法,提取接头三维局部残余塑变模型,并映射到整体薄壳模型,实现动车组铝合金侧墙的焊接变形数值模拟,仿真计算结果与物理试验测试结果基本吻合,证明该方法及仿真模型的合理性,解决了实际工程中大型焊接结构的变形计算问题,为进一步焊接变形的控制研究提供实用的理论依据。     

合并焊道法对SUS304不锈钢平板对接接头焊接残余应力计算精度和效率的影响

厚大不锈钢焊接接头广泛应用于核电、火电和化工等行业中,焊接残余应力一直是一个被关注的焦点问题。随着计算焊接力学理论的日臻成熟,采用有限元方法来模拟焊接残余应力已经成为了可能。但是由于计算机硬件条件的限制,目前的计算效率还难以满足实际工程的需求。基于ABAQUS有限元软件平台开发高效的瞬间热源模型来模拟板厚为25 mm的对接接头的热输入,并与移动热源模型的计算结果进行比较。为了进一步提高计算效率,基于奥氏体不锈钢母材和相应填充材料的性能特点,尝试采用不同的焊道合并方式来缩短焊接温度场和应力场的计算时间。同时,还采用应力释放法测量板厚25mm、焊道数为17道的平板对接接头的残余应力分布,并将数值模拟结果与实验结果进行比较。结果表明,采用瞬间热源模型可较精确地模拟焊接残余应力的分布和大小,计算时间与移动热源模型相比可以大幅缩短。此外,采用数值模拟方法研究合并焊道法对板厚为75mm的对接接头残余应力计算结果的影响。数值模拟结果表明,焊道合并方式对纵向残余应力的计算结果影响较小。对横向残余应力而言,焊道合并方式对计算精度有较显著的影响,表层焊道合并方式严重低估了表面横向残余应力,而内部焊道整体合并方式虽然略微低估了表面横向残余应力,但能较好地预测接头上、下表面的横向残余应力分布与大小。采用瞬间热源模型再结合焊道合并方式是一种解决厚大焊接接头残余应力计算的有效手段。     

焊接过程数值模拟热源模型的研究进展

焊接数值模拟是当今材料加工领域的一个研究热点,并得到了越来越广泛的应用,本文介绍了焊接过程数值模拟热源加载模式的研究进展。高斯分布函数、半球能量密度分布函数、椭球、双椭球能量密度分布函数常应用在焊接过程数值模拟中,但计算量大,为了简化计算,开始采用分段移动高斯热源模型,高斯串热源,分段移动双椭球模型,在保证精度的情况下,提高了计算效率,应用生死单元技术可以处理复杂焊接模拟的热输入问题。     

大型复杂框架结构焊接变形与应力控制仿真

针对大型复杂结构件有限元计算效率低下的问题,提出了分段移动温控体热源高效算法,并将该算法应用于挖掘机中框架非连续焊的分层逐项优化中,对分段移动温控体热源模型和逐点移动双椭球热源模型的计算效率进行了对比。结果表明,取对称焊与跳焊相结合的焊接方式所得到的焊接残余应力和角变形量最小,左右两侧立板处焊接残余应力峰值相较于原工艺方案,降幅率分别为38.46%和42.13%,降低效果显著;分段移动温控体热源模型与逐点移动双椭球热源模型模拟结果相比,两者得到的变形量变化趋势一致,计算精度相当,但前者计算效率显著要高。将模拟结果与测量结果进行对比,两者高度一致,验证了热源模型及优化工艺的准确性。     

厚壁316LN不锈钢管焊接接头中残余应力的有限元模拟

采用有限元模拟的方法,对厚壁316LN不锈钢管焊接接头中的焊接残余应力进行研究,分析了焊道合并对模拟结果的影响,并采用X射线应力测试对模拟结果进行了验证。结果表明:在考虑钢管初始应力的条件下,模拟结果与实测结果吻合;轴向残余拉应力主要出现与盖面焊道毗邻的钢管外壁以及最后一道盖面焊道下方,其中钢管焊接在工装上、受工装拘束较大的管道一侧,拉应力数值和范围都较大;焊道合并简化对残余压应力的分布和数值影响较大,对主要分布在盖面焊道附近的残余拉应力的影响较小;选择合适的简化模型可以在保证较高计算准确度的同时缩短计算耗时,可用于大型焊接结构残余应力场的模拟。     

双椭球热源参数调整在预测在役焊接熔池尺寸上的应用

双椭球热源模型常用于在役焊接过程的数值模拟,模型中参数的合理选用对于计算结果的正确性具有决定性的作用。以往进行热源参数的调整,常运用经验反复进行试算以确定热源参数,具有很大的不确定性且工作量较大。为此,运用解析法对在役焊接常用的二氧化碳气保焊双椭球热源模型参数的确定进行了计算,通过模拟计算与试验相结合的方式对其进行验证,确定了该模型熔池尺寸参数的经验公式。研究结果表明,运用该方法,热源参数的确定过程大大简化,提高了数值模拟的效率和精度,较好地预测了在役焊接熔池的尺寸。     

焊接数值模拟中分段移动热源模型的建立及应用

针对焊接过程数值模拟计算效率低的难题，通过分析焊接热源的特点,在移动高斯热源的基础上，提出分段移动热源模型。该模型从宏观上体现焊接热源移动的特点，减少描述热源逐点移动所需的计算量，从而大幅度提高计算效率。经验证，该方法可在保持精度的同时大幅度地缩短计算时间，从而使实际构件工艺的模拟、优化成为可行。利用该模型分析了不同切割顺序对桥式起重机腹板变形的影响，并进行了实际测量。实际测量结果与数值模拟结果相当吻合。     

碟形金属波纹管的轴向刚度研究

采用有限元软件ANSYS对碟形金属波纹管的轴向刚度进行了非线性分析，并进行了轴向刚度试验，将试验结果、有限元分析结果与曲梁简化模型推导出的刚度计算公式，以及原有焊接波纹管的刚度计算公式进行了对比，结合U形波纹管轴向刚度的计算结果，验证了有限元和曲梁简化公式的正确性，具有一定的工程应用价值。     

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。     

厚壁管件有芯棒开式冷挤压成形极限分析

采用有芯棒开式冷挤压成形厚壁管件比传统切削方法耗材低、效率高.通过对厚壁管件有芯棒开式冷挤压成形特点进行分析确定成形极限的主要影响参数.采用流函数方法建立变形区连续速度场,利用上限原理得到成形极限的理论模型.通过编程计算、分析,得到诸参数(坯料原始厚径比、摩擦因数、模具锥角)对成形极限的影响规律:随着模具锥角的增大,极限变形程度(成形极限)先增大后减小,即极限变形程度有一个极大值,得到了最佳模具锥角,最佳模具锥角范围为15°～20°;随着摩擦因数增大,极限变形程度减小.对比理论计算结果与试验结果,误差小于8%,满足工程要求.研究内容与结果对制订厚壁管件有芯棒开式冷挤压成形工艺具有重要的指导作用.     

基于热循环曲线法的低合金高强钢对接接头焊接残余应力数值模拟

以Q345低合金高强钢对接接头为研究对象,建立热-冶金-力学耦合的三维有限元模型,在考虑相变情况下采用三维双椭球体热源模型对单道焊的焊接温度场进行数值模拟,再基于提取的热循环曲线(TCC)对该热源模型进行简化。分别采用三维双椭球体热源模型和基于TCC简化的热源模型对单道焊和多道焊对接接头的残余应力进行计算,并进行了试验验证。结果表明：根据温度场模拟得到的单焊道焊缝TCC与试验结果吻合良好,相对误差小于2.34%,验证了提取的TCC的准确性;采用三维双椭球体热源模型和基于TCC简化热源模型模拟得到的接头残余应力与试验结果吻合良好,其中单焊道接头纵向残余应力相对误差分别小于11.38%,4.34%,验证了2种模拟方法的准确性;与三维双椭球体热源模型相比,基于TCC简化热源模型的计算效率提高32%以上。     

焊接顺序对大型厚板结构焊接变形的影响

大型厚板结构焊接变形影响其制造质量,预测和控制结构件的焊接变形具有重要的工程意义.以工程车车架为例,采用局部-整体映射法研究了焊接顺序对其焊接变形的影响.采用热弹塑性法分析了 T形和角接接头的焊接过程,提取接头局部塑性应变,映射到整体模型,实现整体结构焊接变形的计算.现场焊接顺序下结构变形最大,最大变形量为2.852 ...     

工艺参数对铝合金摩擦叠焊成形的影响

以7075铝合金作为试验对象,对摩擦叠焊过程进行数值模拟,研究不同工艺参数对铝合金摩擦叠焊单元成形的影响。为了便于分析计算,将其简化为二维轴对称模型,应用ABAQUS有限元分析软件,建立摩擦叠焊过成二维轴对称热力耦合模型,并且采用FRIC子程序和网格重划分技术进行分析。通过设定不同的工艺参数组合,分析焊接过程温度场、应力场和轴向进给量,获得不同工艺参数对摩擦叠焊单元成形产生的影响。结果表明:轴向压力和旋转速度能够影响焊接时间;较大的轴向压力和旋转速度增加应力的峰值;轴向压力和旋转速度会对轴向位移产生影响,但轴向压力对位移的影响要大于转速。     

行星传动柔性销均载特性分析

以某行星传动系统为例,对柔性销结构进行轴向变形分析,目的是研究行星传动柔性销技术的均载特性。首先,建立柔性销子结构简化模型;其次,建立柔性销结构有限元模型,计算轴向变形;再次,对计算结果分析处理,拟合变形曲线,并计算等效刚度;最后,建立多自由度动力学模型,求解系统不均载系数。结论:行星传动柔性销技术具有较好的均载特性。     

不同初始偏差下超大薄壁结构焊接变形分析

火箭贮箱超大薄壁结构由于制造工艺不可避免地存在初始几何偏差,焊接过程中由装夹产生的校形应力与焊接应力的耦合将对结构焊接变形造成不可忽视的影响。针对超大薄壁结构搅拌摩擦焊接工艺的有限元仿真过程提出了3维应力分区法简化焊接计算,同时考虑工装夹具约束校形的影响,基于变形协调原理研究初始偏差对不同尺寸的超大薄壁结构焊接变形的影响规律。计算得到不同尺寸的模型在标准件与含不同初始偏差的情况下时的焊接变形,结果表明较小的负方向的初始偏差可以有效的减小焊接变形;随着模型长度方向尺寸的增大初始偏差对焊接变形的影响更加显著,且对于大尺寸模型焊接变形随初始偏差向正方向增大将呈现非线性的增长规律。     

预置装夹方法对高速列车地板焊接变形及残余应力影响的数值模拟

高速列车地板结构虽不是主要的承载部件,但对焊接变形要求很高,夹具压头装夹位置对焊接变形可能存在不同影响。利用非线性有限元方法对不同压头位置下地板结构的焊接变形进行模拟,使用随温度变化的材料特性参量,采用移动双椭球热源模型进行计算,结果表明压头作用在各型材的中间部位,并且保持焊接及其焊后冷却过程中型材与工作台的贴合状态较好时,产生的焊接变形较小。     

电子束焊接数值模拟中分段移动双椭球热源模型的建立

直接利用移动双椭球热源模型对电子束焊接过程进行数值模拟时,计算量庞大,计算效率低下。为此,在移动双椭球焊接热源模型的基础上,经分析推导得到了分段移动双椭球热源数学模型,并通过实际的物理试验和数值模拟对该模型进行了验证。结果表明,采用该热源模型可以在保持良好计算精度的基础上极大提高计算效率,使模拟实际复杂焊接构件的焊接过程成为可能。     

串热源模型及1200 t桥式起重机主梁腹板装焊过程的数值模拟

在高斯热源的基础上，通过分析焊接热源的特点，根据热输入相当提出带状热源模型，与点热源结合，进一步提出串热源模型。实践证明，该模型在结构件焊接过程的数值模拟中可大大提高计算效率，并保持相当的精度，而且建模灵活、方便，特别是对于大网格具有高斯热源不可替代的收敛性。采用该热源模型，在商用软件的基础上，进行了三峡1200t桥式起重机腹板与T形钢焊接过程的数值模拟，得到与现场测量相当吻合的结果。     

铝合金平板钨极氩弧焊数值模拟与残余应力预测

利用ABAQUS有限元软件对铝合金平板钨极氩弧焊(TIG)焊接过程进行了数值模拟.首先应用移动的椭圆高斯分布表面热源作为输入热源,对TIG焊过程中的焊件温度场及应力场进行了模拟计算.高度不均匀的焊接温度场,导致构件中产生较大的残余应力与变形.最后,对冷却后的平板残余应力进行了预测,并将有限元计算结果与残余应力的实测结果进行了对比,两者吻合很好.