预测焊接变形数值方法的研究及其应用

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本论文首先比较了几种预测焊接变形的数值方法。以一个T型梁为例,分别使用解析法、热弹塑性法、固有应变法等计算其焊接变形。这几种预测焊接变形数值方法的计算结果与实测数据都比较接近,因而是可靠的。并在此基础上,对这几种方法的优缺点及适用范围进行了比较和总结。 本论文着重对固有应变方法进行了研究,在考虑构件几何尺寸影响的基础上,建立了一系列板厚不同的平板堆焊焊接模型,焊接热源采用高斯热源分布,研究了焊接纵向残余塑变与焊接热源的线能量、板厚的关系。给出了纵向残余塑变的估算公式W<,x>=Kq<,v>中的K值(am<3>/J)的取值公式: 当q<,v>/F<628(J/am<3>)时,K值取为常数,就能符合焊接的实际情况。这一点已经由大量的算例和理论研究证明。一般来讲,K取为7.5E-07~8.6E-07范围之间,对于普通低碳钢和低合金钢制作的刚性较大的焊接结构,都比较合适。当q<,v>/F7628(J/cm<3>)时,K值就不再是一个独立于焊接规范的常数。对应于不同的q<,v>/F(J/cm<3>)值,可以从上公式中得到相应的K值。上述K值曲线跟使用解析法计算的结果和一些实验实测值相一致。 此外,本论文还研究了刚性固定法的应用。刚性固定法对于T型梁 焊接角变形的修正有一定的效果,本论文给出了T型梁焊接过程中刚性固定的外力载荷大小与角变形的关系,外力与角变形近似成线性关系: y=0.01206-(3.21808E-8)*x (y为角变形/Rad,x为外力/N)为梁角变形的矫正提供了定量依据。 对于横截面较大,焊缝截面较小的梁,刚性固定方法对于梁截面惯性矩的削弱较小,因此刚性固定法对于梁挠曲变形的修正效果不明显,在本论文T型梁的算例中,刚性固定的外力载荷大小与挠度的关系可以表示为下式: y=(-8.18363E.7)*x+0.20667 (x为外力/N,y为挠度/mm) 这时需要采用较大的力进行弹性反变形,来修正梁的挠度变形。 最后应用固有应变方法分析副车架总成时,连接前梁、后梁、左梁和右梁的21条焊缝焊接以后的变形规律。从焊接后的变形计算值与实测数据的比较来看,它们都是缩短,且数值接近,是相当吻合的。进一步证明了固有应变方法对于大型工程应用构件来讲,具有应用简便,效果良好的特点。
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