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。     

机车车辆碰撞仿真焊接关系模拟方法

在应用LS-DYNA进行机车车辆碰撞仿真分析中,焊接关系的描述一直是计算模型处理中的一个难点。由于焊接区域几何结构模糊、实际材料特性非常复杂而且不同的焊点由于焊接过程的差别其特性也不尽相同。所以一种简单实用的焊接关系模拟方法是非常必要的。通过分析LS-DYNA中四种常用的焊接关系处理方式,发现静力学分析中常用的共节点或共单元处理连接关系的方法不仅不能准确的描述焊接失效行为,而且容易引起计算不稳定。通过对比无质量刚性梁和弹-塑性梁单元模拟焊接关系的方法发现,弹-塑性梁单元模拟焊接方法适用性较广,可以较好的模拟焊接关系。     

汽车碰撞仿真研究中点焊连接关系的有限元模拟

在汽车有限元分析仿真计算中,结构中的点焊模拟一直是一个难以解决的问题。综合现有的模拟方法,对点焊提出了一种新的处理对策,即在焊接节点之间引入一个刚性梁单元,单元可承受拉伸力和剪切力,同时引入节点耦合技术,在计算焊接节点受力的时候将节点位移约束作为惩罚项添加进去。当单元内部受力超过点焊的实际承载能力时,焊点脱开,单元自动分解为两部分,且分解后自动进入接触搜寻处理系统。     

金属弹性车轮的建模与动态仿真研究

通过研究接触摩擦力的建模理论,建立起一种金属弹性车轮与刚性路面的接触模型,建模过程中充分考虑了轮辋与外轮圈之间的弹性特性。详细阐述了车轮在静、动两种状态下接触摩擦力的求解方法。自行开发了车轮的动力学仿真程序,实现了接触模型在ADAMS软件中的嵌入与应用。仿真结果表明,该模型能够较准确地模拟金属弹性车轮与地面间的接触关系,解决了应用ADAMS接触模型处理接触问题时会引起的停车不稳和微幅振荡等问题。     

一种钢管焊接结构焊缝损伤识别方法

提出了一种基于模型修正的钢管焊接结构焊缝损伤识别方法.利用从发射台骨架试验模型获取的模态参数,选择识别结果中精度较好的模态参数作为模型修正的基准参数.提出基于柔度的最小二乘目标函数,极小化结构实测模态柔度与分析模态柔度之间的误差,将损伤识别问题转化为二次优化问题,并采用信赖域方法求解该问题.以有限元模型焊接结点单元组弹性模量的降低模拟焊缝损伤,并假定两种损伤工况,通过对发射台骨架模型的数值仿真及试验研究,表明所提出的损伤识别方法识别效果较为理想,为解决这种复杂焊接结构焊缝损伤识别问题提供了新的思路.     

行星差动微位移机构轴向变形分析与仿真

以行星差动滚柱丝杠为研究对象,设计一种新型微位移机构,用来进行刀具补偿。轴向刚度是评价行星滚柱丝杠综合性能的重要指标之一,运用赫兹接触理论对行星差动滚柱丝杠的轴向接触变形进行理论分析。行星差动滚柱丝杠的结构类似于行星滚柱丝杠的结构,建立机构简化模型,并用ANSYS软件对模型进行有限元仿真分析。最后,将解析值与仿真值进行对比来验证简化模型的是否合理,并进行误差分析。结果显示,仿真值与理论值相对误差均在5%以内,表明所创建的有限元简化模型较为合理。     

基于UG的焊缝建模和有限元分析技术

利用UG的焊接助理模块和高级仿真模块实现了焊缝的实体建模和有限元分析过程。考虑到焊缝结构尺寸对焊缝强度的影响,提出了从结构角度出发建立焊缝的有限元模型,利用UG NX4的刚性杆单元模拟焊缝的焊接,并比较了3种尺寸类型的焊缝在两种工况下的应力情况。结果表明,UG NX4的刚性杆单元可以真实地模拟焊缝的焊接;坡口夹角对焊缝强度影响较大,有无钝边对焊缝强度影响较小。     

双机立体合成器支撑结构改进与分析

分析两种支撑结构工艺特点,采用SolidWorks软件[1]的SimulationXpress模块,对两种支撑结构进行计算机仿真分析,通过比较分析确定相对最优支撑结构,并对其进行优化改进,对改进后支撑结构进行模拟,将模拟应变值与实验测得的应变数值进行对比,通过软件仿真模拟与实验测试相结合的方法可以减少实际加工成本,提高...     

X80钢双丝螺旋焊焊接残余应力的有限元分析

基于ABAQUS有限元分析软件对三维螺旋管模型进行了残余应力的模拟。运用FORTRAN语言编写DFLUX子程序控制热源的移动路径、速度以及幅值,得到了焊接过程中的温度场及残余应力场,且焊接残余应力场的分布趋势得到了试验验证。结果表明,随着热源的移动,温度场和应力场呈现出关于焊缝对称的不均匀分布;应力值在熔合区表现出最大拉应力。同时,探讨了热振幅曲线法对焊接残余应力模拟结果的准确性。通过与子程序法对比,发现热振幅曲线法可以较为准确地预测焊接残余应力的分布,为大型复杂结构焊接残余应力的模拟提供了一种高效的方法。     

白车身焊接机器人加工路径优化和仿真

为合理规划多焊接机器人的焊接路径,提出一种综合运用遗传算法和仿真分析的求解方法。对焊点焊接顺序进行分析,确定各个焊点的焊接优先关系,将各个焊点分配给各个机器人,以最短的工位时间为优化目标,采用自适应遗传算法进行焊接任务求解。在eM-power中建立焊接生产线三维模型,并对分配的焊接路径进行仿真,对发生干涉位置的点进行焊接顺序约束,最后寻找出可行的焊接路径。在虚拟环境下模拟机器人加工路径,大大缩短了多机器人焊接路径规划的时间。     

离合器齿毂总成试验与焊接强度研究

对离合器齿毂总成试件进行焊接强度台架试验,得到离合器齿毂总成试件的破坏形式、焊缝处焊接极限强度.建立离合器齿毂总成有限元模型,并进行焊接强度仿真模拟分析.通过台架试验与仿真实验结果的对比,两者比较接近,验证了有限元仿真模型的有效性,为以后离合器齿毂的研发提供了参考.     

水工钢结构焊接残余应力有限元模拟分析

采用有限元数值计算方法模拟了钢结构在焊接过程中产生的残余应力和变形特性,采用了双线性弹性-塑性模型、Von Mises屈服准则,和增量原理处理焊接过程中的材料非线性问题,建立了热-结构耦合有限元模型和方法。数值仿真结果表明,采用单元生死处理方法对于模拟多道焊缝问题是有效的。     

钢结构两种载荷施加方式的仿真方法对比分析

对仿真模拟加载时两种不同的加载方式进行了分析,并将得到的结果与试验值进行对比,提供了一种较为简单且与试验值基本符合的仿真加载方法。     

基于有限元法的高空作业车伸缩臂接触分析

接触问题属于边界非线性问题。当用有限元程序进行接触分析时,计算时间较长,收敛与否依赖于模型的复杂程度以及接触刚度等因素。在有限元分析中,节点自由度耦合分析方法为线性分析,不存在收敛问题。为了研究这两种方法在高空作业车伸缩臂结构分析中的差异,在有限元软件ANSYS中建立了伸缩臂接触模型和节点自由度耦合模型。结果表明:在模拟滑块接触时,自由度耦合方法得到的结果接近接触模型;但在铰接支座处由于这两种模型差异较大,两者结果相差很大。     

基于初始变形的薄板堆焊变形预测技术

针对薄板初始变形对焊接结构件尺寸精度的影响,提出了基于数字图像相关技术的光学检测方法,对薄板堆焊变形预测精度进行全场动态研究。首先采用结构光扫描的方法,获取焊接结构件初始变形轮廓,然后基于初始变形模型进行焊接变形预测,最后通过理想模型和初始变形模型预测数据对比,研究结构初始变形对堆焊变形精度的影响。研究结果表明：基于数字图像相关技术的测量方法是静态、动态获取焊接变形数据的有效手段;相对于理想结构模型,基于初始变形结构的模型,在单点动态和全场静态变形中具有较高的预测精度;两种模型在焊接完成后均呈马鞍形,但初始变形促进了焊接演变过程;初始变形缺陷影响了纵向残余压应力分布,是引起不同焊接变形的根本原因。     

油膜轴承圆弧结合界面应力特性仿真与试验

基于厚壁圆筒理论和Hertz接触理论,建立了“过渡区”合应力和界面应力峰值计算模型,并得到了其函数解析式,通过数值仿真揭示了圆弧结合界面处的应力特性。仿真结果表明：轴向应力呈现U形分布,两端应力较大,中间比较平稳;周向应力值在承载区与非承载区的交界处变化较大,应力突变明显;对比解析计算值与仿真模拟值可知,圆弧结合面的误差均值小于“过渡区”误差均值,且均小于5%。试验测试结果表明:圆弧结合界面下的试验测试值与仿真模拟值的误差值均小于2%,试验结果与模拟结果相符,说明解析与仿真两种方法是有效可行的。研究结果可为界面结合强度理论计算及试验验证提供参考,并对油膜轴承的使用维护提出了改进建议。     

电机导条端环的感应焊接有限元分析

感应焊接工艺所带来的残余应力降低了电机焊接部位的强度,针对该感应焊接的工艺过程和工艺参数进行简化模拟仿真,得到了焊后残余应力场。借助ABAQUS仿真软件对简化后的电机几何模型建立旋转周期对称有限元模型,然后利用生死单元技术模拟焊料填充导条与端环缝隙的加热过程和焊后冷却至室温的过程。仿真后可知:用ABAQUS软件可以对电机感应焊接整个制造工艺进行全过程模拟,并得到各部件的焊后残余应力场。其中,导条与端环之间的初始安装间隙量δ和焊接顺序共同影响导条和焊料各应力大小,而导条径向应力分量S11对于间隙量δ改变的敏感度最大。综合导条和焊料各应力值大小及敏感度,得到间隙量δ变化范围在0. 40～0. 60 mm时,导条和焊料的应力值变化率控制在5%以内,且应力值较小。随着焊接的进行,焊接B端后可使A端的应力最大值减小,而在焊接B端后,A端和B端的应力值大小比较随间隙量的大小而定。     

典型工况下啮合齿间有效载荷分布及齿轮强度分析

为了准确求解啮合齿间的有效载荷分布,准确模拟齿轮传动的强度。基于精确的齿轮有限元模型,按静态/准静态载荷和动态接触两类典型载荷工况对齿轮强度进行数值模拟,通过比较,得出如下结论:1跑合前载荷沿接触线呈线性分布和跑合后呈三次抛物线分布的模拟方法,计及了表面硬度、跑合作用、齿端刚度效应等对齿向载荷分布的影响,数值仿真值较大,适用于跑合前后齿轮强度的数值模拟;2静态模拟齿轮稳定的运行状态,几种有效载荷下,齿根最大应力差别不大,均与经验公式计算值接近,适合高精度精密传动齿轮强度的数值模拟;3动态接触载荷下的齿轮强度的数值模拟由于计及了冲击效应、齿面摩擦,故其仿真结果较经验公式的计算结果偏大,适合于齿轮啮合冲击的数值模拟;4验证了应力集中效应、齿端刚度效应、弹性体力场的连续性。     

基于分形接触理论的薄板件钻孔夹具定位布局建模

为了提高薄板件钻孔夹具定位布局仿真模型的薄板件变形预测精度，提出一种基于分形接触理论的薄板件钻孔夹具定位布局建模方法。首先采用半弹性接触模型近似代替定位元件与薄板件之间的接触，并通过法向弹簧—阻尼单元模拟接触面的刚度和阻尼特性，然后借助分形接触理论获得定位点接触区域法向接触力与接触刚度、阻尼的关系，接着在通过有限元仿真得到各定位点处的法向接触力的基础上，求解每个定位点处的法向接触刚度与阻尼，最后建立薄板件钻孔夹具定位布局仿真模型，对薄板件钻孔后的变形进行预测。通过平板和曲板两个实例验证了所提建模方法的可行性和有效性。     

裂纹对弧齿锥齿轮接触应力影响研究

为全面掌握裂纹对弧齿锥齿轮接触应力影响,用Pro/E软件建立了无裂纹和含裂纹弧齿锥齿轮完整的三维接触模型,并基于有限元分析软件Ansys对模型进行了仿真模拟与数值计算,分析了无裂纹和含裂纹两种运行状态下不同接触位置上的接触应力。仿真结果表明:裂纹使弧齿锥齿轮的最大接触应力变化更加剧烈。从而得出了可以根据最大接触应力的变化情况对弧齿锥齿轮结构损伤进行故障诊断的结论。