高速动车侧梁焊接残余变形的控制

构架是机车车辆的重要承载部件,控制其侧梁的焊接残余变形至关重要.以热弹塑性理论为基础采用APDL语言对侧梁进行了焊接变形数值仿真计算,并对侧梁进行现场跟踪测量,得出侧梁的焊接变形仿真计算结果与测量值,二者基本吻合,误差在6%之内.以此仿真模型为基础,采用多层优化计算方法,对侧梁焊接时的随焊冲击碾压参数进行了优化分析,得到与焊接工艺相匹配的最优方案,计算结果表明最优方案能够降低残余变形量60%左右,最优随焊冲击碾压对于减小焊接残余变形效果明显.通过数值仿真优化所得的方案可为焊接变形的控制、焊接工艺设计的选择、随焊冲击碾压设备的设计等提供可靠依据.     

薄壁球壳TIG预变形焊接工艺的数值模拟

为解决大型薄壁球壳结构TIG预变形焊接的变形分析问题,提出了基于非线性数值计算程序的子结构分析方法. 将整体结构分为法兰-蒙皮子结构和蒙皮主结构两部分. 首先,对子结构进行预变形分析. 在此基础上采用热-弹塑性分析方法对带有预应力的子结构进行焊接热应力场分析. 最后将子结构与主结构组合,并释放约束,得到了焊接后整体结构残余应力及变形场. 结果表明,当焊缝边缘预应力接近材料屈服强度,可以将最大残余变形削减65%.      

焊接结构三维热变形的有限元模拟

采用三热弹塑性有限元法对焊接过程中的动态应力及焊后的残余应力和变形进行了数值模拟，探讨了焊接时力学行为的特点和提高解的精度和收敛性的途径，并介绍了若干成功的应用实例。     

中厚板GMAW近缝区焊接传热的边界元计算

依据焊接准稳态传热的边界元计算模型,编制了计算机程序。对中厚板熔化极气体保护焊(GMAW)条件下常见的指状熔深的近缝区传热问题进行了计算,计算结果与实测符合较好。说明用边界元法分析焊接热过程是有效的,为焊接热过程的计算机模拟提供了新的数值分析手段。在进行焊接近缝区传热计算时,如果以熔池边界直接作为热源,则忽略材料热物理参数的非线性对计算精度没有明显的影响,因此焊接近缝区传热计算的关键是熔池形状的确定问题。     

热处理对超厚板焊接残余应力影响的数值分析

基于ABAQUS软件的热弹塑性有限元程序,对390 mm超厚度20MnMoNb钢板拼焊制造EO反应器管板的焊接过程进行焊接残余应力与变形有限元模拟,考察焊后500℃热处理对板内残余应力与变形的影响。结果表明:超厚板焊态在焊缝及热影响区存在高度不均匀的残余应力,由于为了限制管板的变形,在板面上施压有配重,导致先焊面的残余应力较大,特别是在靠近表面的焊缝及热影响区附近存在残余拉应力峰值;后焊面的残余应力相对较小一些;焊缝内部为残余压应力;焊后管板发生了一端翘起的角变形;500℃热处理可明显降低厚板的焊接残余应力,且使应力分布趋于均匀,但热处理后焊接变形有所增大。     

构架侧梁焊接反变形量的优化分析

以热弹塑性理论为基础,采用APDL语言对机车车辆构架侧梁进行了焊接变形数值仿真计算,并对侧梁进行现场跟踪测量.得出了侧梁的焊接变形仿真计算结果与测量值,两者基本吻合,误差在6%之内.以此仿真模型为基础,结合所制定的反变形方案,采用多层优化计算,对侧梁焊接时的反变形量进行数值仿真优化,最优方案与无反变形量的焊接相比,可使弯曲变形量减低65%左右.优化方案可为焊接变形的控制、焊接工艺设计的选择和预留变形量的确定等提供可靠依据.     

弹塑性固有应变法在钢板感应加热变形中的应用

针对传统数值方法在预测曲面板多加热线感应加热变形时耗时长或无法考虑加热顺序的问题，利用钢板电磁-热-结构耦合的有限元模型得到单加热线的残余应变，并将其等效为温度载荷施加在固有应变区；然后，通过弹塑性固有应变有限元计算得到钢板整体变形。采用弹塑性固有应变有限元法对帆形板和鞍形板的多加热线变形进行模拟，钢板挠度变形的计算结果与实验值之间的误差符合工程计算要求，且弹塑性固有应变法可以分析不同加热顺序下的钢板变形，结果表明，加热顺序对钢板变形有明显的影响。     

考虑整体挠度的水火弯板成形规律与模型

对船体外板整体变形和局部收缩变形之间的关系进行研究.首先基于热弹塑性有限元方法,建立了综合考虑局部变形和整体变形的水火加工数值计算模型,并通过实验对比了温度场与位移场的分布规律,验证了数值计算模型的可靠性;然后通过对整体挠度和局部变形规律的分析,提出了挠度影响数的概念;接着利用数值计算分析了挠度影响数与曲面外板形状参数之间的影响规律,建立了关系模型;最后通过算例对比模型和实验结果,相差5.13%,验证了模型的可靠性.     

薄板对接焊的热弹塑性有限元法分析

本文介绍了用有限元法对薄板对接焊进行热弹塑性应力分析的方法，算例说明方法的有效性以及此类焊接过程残余应力和残余变形的分布规律。     

TTS443电阻点焊多场耦合数值模拟及显微组织研究

建立了热-电-力三场直接耦合的电阻点焊有限元分析模型,实现了对焊接过程中热-电-力三场的变化同时进行计算。模型充分考虑到了材料的热物理性能、接触界面热-电-力三场交互作用的影响。焊核尺寸的数值计算结果与试验结果吻合良好,相对误差小于10%。并在此基础上,研究了焊接热输入对TTS443铁素体不锈钢焊接接头的显微组织的影响。研究结果表明,随着焊接热输入的增加,焊核尺寸增大,焊核长大速率降低;实现对焊接接头热影响区晶粒尺寸的准确预测;微米级TiN颗粒并不能有效阻碍TTS443焊接热影响区的晶粒长大。     

水下爆炸环肋圆筒损伤特性实验及数值模拟

根据鱼雷舱段壳体的特点提出一种内部带有环肋、两端连接配重的缩比圆筒结构模型,针对模型的损伤特性进行水下爆炸实验,并利用Autodyn软件对实验进行数值模拟计算. 结果表明,圆筒在不同爆距下产生塑性变形和破裂的损伤形式;气泡上浮会改变二次压力波的初始方位,造成水平方位圆筒的非对称损伤形态;当爆距较小时,冲击波造成壳体局部凹坑或破裂,而二次压力波则造成迎爆面整体变形. 比较数值模拟与实验结果可知,计算模型能够描述冲击波对圆筒的作用特性.      

越江盾构隧道纵向变形曲率与管环渗漏的关系

分析了三次样条插值法在越江隧道纵向变形曲线拟合中的适用性与计算方法,应用三次样条插值对越江盾构隧道纵向变形曲线进行了拟合,并通过曲线拟合方程计算了隧道全长纵向的变形曲率.应用越江隧道纵向结构分析模型计算了隧道不同纵向变形临界状态下的纵向变形曲率与环缝张开量的关系,并通过与越江隧道渗漏现场检测结果的分析对比,对越江隧道纵向变形曲率与管环渗漏间的相关性进行了评价.研究表明:与地铁隧道相比,越江隧道曲率半径的限值要求可适当放宽.越江隧道纵向变形曲率半径小于2 407.1m、环缝张开量大于3 mm时,隧道发生渗漏的概率较大.越江隧道纵向变形曲率半径小于1 256.8 m、环缝张开量大于6mm时,环缝密封止水措施失效,隧道可能会出现较严重的渗水漏泥现象.     

双相不锈钢管道焊接残余应力参数的数值模拟

焊接残余应力一直为人们所关注，其大小和分布与焊接热源、接头形式和材料性能等多种因素有关，作者利用热弹塑性理论为基础的有限元数值模拟技术，对SAF2205双相不锈铜管道接头环焊缝残余应力进行有限元数值模拟，得到了管道内外表面残余应力的分布规律，即，在管道的焊缝及近缝区，内表面轴向残余应力是拉伸应力，外表面轴向残余应力是压缩应力，而内外表面环向残余应力都是拉应力；研究了不同的焊接线能量、管内径与壁厚比值R1／d和多层焊对焊接残余应力的影响，结果表明，残余应力受焊接能量变化的影响不大，外表面残余应力和内表面轴向残余应力部随着壁厚增大而增大，多层焊的残余应力有不同程度降低。     

基于固有应变的船体板列焊接变形数值预测

采用固有应变有限元法,对船体板列焊接变形进行预测.确定了固有应变加载区域,进行了热弹塑性有限元分析,获得焊接温度场和应变场,提取热弹塑性有限元分析得到的残余应变数据,作为相应加载区域的固有应变值.加载固有应变值,进行结构弹性分析获得板列焊接变形,数值模拟结果可为板列焊接变形预测提供依据.分析了不同的焊接顺序对固有应变加载和结构变形的影响.     

考虑焊接变形的装配偏差分析在动力集中型动车组中的应用

焊接是列车车体装配过程中应用最为广泛的连接方式,焊接变形会对动车组装配尺寸精度产生较大的影响.针对动车组侧墙窗口模块焊接装配尺寸控制问题,利用热弹塑性有限元法提取3种典型焊接接头的固有应变,并基于固有应变法得到窗口模块的焊后变形量;结合三维尺寸装配偏差分析,最终给出计及焊接收缩量变化的侧墙窗口模块的偏差结果.将模拟结果与实测数据进行对比分析,结果表明:考虑焊接变形因素的装配偏差模拟结果与实际测量值较为吻合,故该方法可对动车组侧墙窗口模块的焊接装配偏差进行有效且准确的预测.     

焊缝层数对特厚度管板焊接残余应力与变形影响的有限元分析

基于ABAQUS软件,建立了顺序耦合的焊接残余应力与变形有限元计算程序,对大型环氧乙烷（EO）反应器国产化中采用的390 mm厚20MnMoNb特厚板拼焊反应器管板的焊接过程进行了残余应力与变形计算,并讨论采用不同焊缝层数对管板焊后残余应力与变形的影响.焊接采用双U形坡口,通过翻转管板进行两面坡口的交替焊接,为防止管板发生过度变形,焊接时始终在管板两端压有重量为4.5 MN配重.计算结果表明：焊后管板发生了一端翘起的角变形,在靠近表层的焊缝及热影响区存在较大残余拉应力,在焊缝内部为较大的残余压应力;由于配重对变形的限制导致先焊面的应力大于后焊面;增加焊缝层数,使变形增加,残余应力降低,但并不显著.对如此大型特厚板约束焊,增加焊缝层数不是降低其焊接残余应力的有效手段.     

浅析常用焊接

焊接大型工件直缝的环缝,多数采用机械化焊接。由于熔渣可降低接头冷却速度,故某些高强度结构钢、高碳钢等也可采用埋弧焊焊接。目前常用的焊接工艺有：电弧焊（氩弧焊、手弧焊、埋弧焊、钨极气体保护电弧焊、等离子弧焊、气体保护焊）;电阻焊;高能束焊（电子束焊、激光焊）;钎焊;以电阻热为能源：电渣焊、高频焊：以化学能为焊接能源：气焊、气压焊、爆炸焊;以机械能为焊接能源：摩擦焊、冷压焊、超     

钴基合金静叶片焊接裂纹力学因素研究

采用热弹塑性有限元技术，分析研究了Ｃｏ基Ｓｔｅｌｌｉｔｅ３１合金静叶片电子束焊接时产生焊接裂纹的力学因素、焊接残余应力、与焊接装夹方式及焊接工艺的关系。结果表明：焊接过程中产生的冷裂纹，主要由于焊接过程中产生的收缩力引起；焊接方向和焊件的装夹方式对接头中的残余应力分布有较大的影响，焊缝两端附近的残余应力分布和焊接方向有关，焊端缝中心是拉应力，而在终焊端则是压应力；焊接速度及焊接线能量都对焊接残余应     

热源加载方式对大型结构件变形和应力影响的研究

对大型结构件压轮的焊接过程进行数值模拟,分别采用双椭球热源和分段热源两种加载方式,得到了焊后压轮的变形和应力分布,同时采用三坐标和盲孔法残余应力测试仪进行了试验验证。结果表明：两种加载方式焊接变形趋势相同,双椭球热源加载焊后变形峰值小,其值为4.179mm;应力分布趋势相同,在焊缝位置附近应力较大,且应力峰值相同,峰值为338.6MPa。两种加载方式的焊接变形和应力与试验结果误差均能控制在30%以内,满足工程应用要求,证明了模拟结果的准确性。双椭球热源加载的计算时间是分段热源加载的7.2倍,综合计算效率和精度考虑,分段热源加载在大型结构件计算具有重大的使用价值。     

热源加载方式对大型结构件变形和应力的影响

对大型结构件压轮的焊接过程进行数值模拟,分别采用双椭球热源和分段热源两种加载方式,得到了焊后压轮的变形和应力分布;同时采用三坐标和盲孔法残余应力测试仪进行了试验验证。结果表明:两种加载方式焊接变形趋势相同,双椭球热源加载焊后变形峰值小,其值为4.179 mm;应力分布趋势相同,在焊缝位置附近应力较大,且应力峰值相同,峰值为338.6 MPa。两种加载方式的焊接变形和应力与试验结果误差均能控制在30%以内,满足工程应用要求,证明了模拟结果的准确性。双椭球热源加载的计算时间是分段热源加载的7.2倍,综合计算效率和精度考虑,分段热源加载在大型结构件计算具有重大的使用价值。