基于固有应变的潜孔钻机钻架焊接变形预测

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摘要:TD165CH型潜孔钻机的钻架是其关键的承载部件,除承受各种载荷,还受冲击振动影响。钻架又是关键的运动承载部件,动力头安装座和滑架均装配在钻架的导轨上,并沿导轨滑动。因此,钻架的焊接质量和精度直接影响潜孔钻机的工作性能和使用寿命。但钻架的细长比大,焊道数量多,其焊接质量和精度较难保证。对钻架的焊接变形进行预测,对减小钻架焊接变形和改进焊接工艺的具有实际意义。本文基于固有应变理论,采用ANSYS软件进行有限元分析计算。首先,对钻架结构和焊道类型进行分析,建立简化的基本焊道模型进行热弹塑性有限元计算。通过一维杆-弹簧模型推导得到由最高温度和约束度决定的固有应变表达式,再对基本焊道模型进行温度场分析得到最高温度分布,并按不同焊接顺序求解得到基本焊道模型中各焊道的约束度分布,将两者代入固有应变表达式,求解得到固有应变分布,对固有应变积分得到等效载荷。其次,将等效载荷作为初始载荷施加于钻架上,经过一次弹性有限元计算,得到钻架的焊接变形结果。其结果表明:钻架槽钢翼缘产生了“波浪形”的变形,越靠近矩形钢管变形量越大;钻架在纵向不对称,产生了扭转变形,且扭转变形对各向变形影响较大;钻架两端固定,重力对钻架变形产生较大影响。最后,将钻架上同一槽钢翼缘间的宽度仿真值与实测值和不同槽钢相对应翼缘间的宽度仿真值与实测值绘制成曲线进行对比分析,结果表明:本文基于固有应变理论对钻架焊接变形进行的预测结果比较准确。本文进一步提出了采用夹具工装控制焊接变形量,通过有限元分析表明:采用夹具工装后,钻架的各向变形均大幅度减小,且有效降低了重力对钻架变形的影响。
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