薄壁多焊缝构件结构优化及焊接变形的数值模拟

来源 :石家庄铁道大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:zhangbin
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盘式连续干燥器是一种高效节能的新型传导式干燥设备,其主要组成构件干燥盘具有薄壁、多焊缝、大变形和大尺寸等特点,针对其结构设计和焊接变形的问题,采用数值模拟技术进行了仿真优化。利用正交优化设计和数值模拟相结合的方法对干燥盘的冲孔间距、板材厚度和冲孔直径三个参数进行优化设计,并对优化的干燥盘结构进行了水压实验,结果表明优化的干燥盘结构能够满足使用性能要求。针对干燥盘中焊缝数量庞大的问题,采用分段移动热源的方法对其焊接过程进行了数值模拟,即将每个冲孔处的焊缝整体激活,而将大段焊缝分割成小段焊缝每段整体激活的算法,采用盲孔法测试了其焊接残余应力,验证了分段移动热源法的合理性,数值模拟与焊接实验得到的残余变形分布吻合良好,表明对其焊接过程的数值模拟是合理有效的。为节省计算量和计算时间,建立了干燥盘等效模型,对其15种焊接顺序的焊接残余变形进行数值模拟,优化了焊接顺序。最后分别采用同向焊接方案、对向焊接方案和反向焊接方案对干燥盘进行焊接,并测量了其焊接残余变形,制定了焊接工艺流程。结果表明:冲孔间距120mm、冲孔直径25mm、板材厚度4mm的结构参数为最优的干燥盘结构参数;干燥盘在焊后最大残余应力位于上盖板与冲孔板的定位焊处,大小为529MPa,上盖板最大残余应力位于初始焊缝处,大小为233MPa,焊接变形为沿着工件圆心向上的环形凸起变形,最大变形量位于内径处,大小为22.8mm;同向焊接方案的变形量为28.2mm,对向焊接方案的变形量为22.1mm,反向焊接方案的变形量为16.5mm,采用反向焊接方案能够有效地减少焊接变形,焊接变形量减少了41.5%,通过焊接工艺流程的制定,生产效率可提高30%以上。
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