本文關(guān)鍵詞：TBM機頭架焊接數(shù)值模擬與接頭金相組織分析

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【摘要】：隨著我國大量隧道工程等基礎(chǔ)設(shè)施項目的開展,隧道掘進施工技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用,TBM(全斷面巖石隧道掘進機)也得到了大力推廣,我國擁有巨大的TBM掘進施工應(yīng)用市場,但是掌握TBM掘進技術(shù)的企業(yè)單位少,TBM自主研發(fā)及制造水平還相對落后,對TBM重要零部件加工等核心技術(shù)的研究對TBM整機的制造至關(guān)重要。本文研究對象是TBM機頭架,課題源于國家863資助項目“大直徑硬巖隧道掘進裝備(TBM)的關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用(2012AA041801)”。機頭架是TBM刀盤的連接支撐件,是TBM掘進過程中承受軸向推進力及刀盤反扭矩的重要結(jié)構(gòu)件,機頭架屬于大型厚鋼板焊接箱體結(jié)構(gòu),其焊接質(zhì)量直接影響TBM整機性能。本文通過對機頭架受力分析,對其典型T型結(jié)構(gòu)焊接溫度場和應(yīng)力場數(shù)值模擬、焊接接頭金相組織實驗分析等方面進行了深入研究,旨在為TBM機頭架制造工藝的制定和改進提供理論支持。具體研究內(nèi)容如下:(1)根據(jù)TBM掘進原理及機頭架內(nèi)部的傳動原理,計算機頭架在TBM掘進過程中的最大載荷,并對其進行靜力學有限元分析。(2)以機頭架靜力學有限元分析得出的應(yīng)力集中部位為研究對象,建立典型T型結(jié)構(gòu)的焊接有限元模型,并設(shè)定材料熱力學性能參數(shù)、熱源模型、焊接數(shù)值模擬工藝參數(shù),進行焊接過程的數(shù)值模擬。(3)利用單元生死技術(shù),對多層多道焊縫填充、焊后冷卻過程的溫度場分布規(guī)律進行數(shù)值分析,對焊縫、熱影響區(qū)、母材上關(guān)鍵點的熱循環(huán)曲線進行討論,結(jié)合實際焊接的熱特性,分析其焊接溫度場數(shù)值模擬的準確性與合理性。(4)以溫度場結(jié)果為基礎(chǔ),通過間接耦合法對焊接應(yīng)力場進行數(shù)值模擬,分析其焊縫填充過程、焊后冷卻過程中的瞬態(tài)應(yīng)力場分布,討論焊后殘余應(yīng)力沿不同路徑的分布規(guī)律,并對比分析不同焊接工藝下的殘余應(yīng)力水平。(5)對T型焊接接頭進行金相實驗,結(jié)合焊接溫度場數(shù)值分析結(jié)果,觀察分析焊接工藝下焊縫、熱影響區(qū)、母材的金相組織特性,討論焊接接頭質(zhì)量,為焊接工藝提供指導。
【關(guān)鍵詞】：TBM機頭架 T接頭 焊接數(shù)值模擬 溫度場 殘余應(yīng)力 金相組織
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U455.3;TG44
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 緒論10-19
• 1.1 選題背景及意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外TBM發(fā)展研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 TBM簡介11-13
• 1.2.2 國外TBM發(fā)展研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.3 國內(nèi)TBM發(fā)展研究現(xiàn)狀14-15
• 1.3 焊接數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀15-18
• 1.3.1 焊接溫度場數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀16
• 1.3.2 焊接應(yīng)力場數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀16-18
• 1.4 課題內(nèi)容及安排18
• 1.5 本章小結(jié)18-19
• 2 TBM機頭架受力計算及有限元分析19-26
• 2.1 主梁式TBM結(jié)構(gòu)19-21
• 2.1.1 TBM結(jié)構(gòu)組成19-20
• 2.1.2 TBM掘進原理20-21
• 2.2 機頭架受力計算21-22
• 2.2.1 機頭架傳動原理分析21-22
• 2.2.2 軸向推力計算22
• 2.2.3 扭矩計算22
• 2.3 TBM機頭架靜力學有限元仿真22-25
• 2.3.1 有限元模型的建立23
• 2.3.2 載荷及約束23-24
• 2.3.3 仿真結(jié)果及分析24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 3 機頭架典型結(jié)構(gòu)焊接有限元模型及參數(shù)選取26-38
• 3.1 焊接數(shù)值模擬有限元理論基礎(chǔ)26-31
• 3.1.1 焊接溫度場有限元理論基礎(chǔ)26-29
• 3.1.2 焊接應(yīng)力場有限元理論基礎(chǔ)29-31
• 3.2 焊接仿真有限元模型31-34
• 3.2.1 焊接結(jié)構(gòu)有限元模型及網(wǎng)格劃分31-32
• 3.2.2 熱源模型的選擇32-34
• 3.3 焊接數(shù)值模擬參數(shù)的選取34-37
• 3.3.1 材料屬性設(shè)置34-35
• 3.3.2 焊接工藝參數(shù)選35-37
• 3.4 本章小結(jié)37-38
• 4 焊接溫度場數(shù)值模擬及結(jié)果分析38-47
• 4.1 焊接溫度場仿真求解38-41
• 4.1.1 溫度場數(shù)值模擬邊界條件38-39
• 4.1.2 焊接溫度場求解39-41
• 4.2 焊接溫度場結(jié)果及后處理分析41-46
• 4.2.1 焊縫材料的填充41-43
• 4.2.2 焊接接頭冷卻過程溫度場分析43-44
• 4.2.3 焊接接頭關(guān)鍵節(jié)點熱循環(huán)分析44-46
• 4.3 本章小結(jié)46-47
• 5 焊接應(yīng)力場數(shù)值模擬及結(jié)果分析47-57
• 5.1 焊接應(yīng)力場仿真求解47-48
• 5.1.1 施加載荷及設(shè)置邊界條件47
• 5.1.2 應(yīng)力場數(shù)值模擬的求解47-48
• 5.2 焊接數(shù)值模擬應(yīng)力場分析48-54
• 5.2.1 焊縫填充及冷卻過程應(yīng)力場49-51
• 5.2.2 焊接殘余應(yīng)力數(shù)值分析51-54
• 5.3 不同工藝下殘余應(yīng)力分析54-56
• 5.4 本章小結(jié)56-57
• 6 焊接接頭金相組織實驗57-64
• 6.1 接頭金相試樣的制備57-59
• 6.1.1 實驗材料及設(shè)備57
• 6.1.2 焊接金相試樣的切取57-58
• 6.1.3 焊接金相試樣的制備58-59
• 6.2 焊接接頭金相組織觀察分析59-63
• 6.2.1 母材金相組織59-60
• 6.2.2 焊縫金相組織60-61
• 6.2.3 熱影響區(qū)金相組織61-63
• 6.3 本章小結(jié)63-64
• 7 結(jié)論與展望64-66
• 7.1 結(jié)論64-65
• 7.2 展望65-66
• 參考文獻66-69
• 個人簡歷69
• 在學期間參研項目及發(fā)表學術(shù)論文69-70
• 致謝70

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本文編號：748555