動車組車體的輕量化設(shè)計廣泛地采用鋁合金焊接結(jié)構(gòu)。雖然焊接存在著連接穩(wěn)固、成本低廉的優(yōu)點,但是鋁合金焊接更容易在焊縫部位產(chǎn)生夾雜物、氣孔、熱裂紋等焊接缺陷,在服役過程中會形成裂紋源,對車體結(jié)構(gòu)安全性造成威脅。焊接殘余應(yīng)力是焊接過程中不可避免的另一種焊接缺陷,拉伸殘余應(yīng)力會增加裂紋驅(qū)動力并降低材料的斷裂抵抗力,在服役過程中會對車體強度可靠性具有極大的威脅。因此,采用斷裂力學(xué)的分析方法對列車車體進行評估,研究焊接殘余應(yīng)力和裂紋化的缺陷對車體斷裂失效的影響,對車體的服役安全性評估和焊接質(zhì)量的控制具有重要的意義。采用熱-彈塑性法、線性斷裂力學(xué)、裂紋當(dāng)量化表征、等參逆映射法、有限元法、固有應(yīng)變法、可靠性安全系數(shù)法、結(jié)構(gòu)應(yīng)力法和FAD方法相結(jié)合的方法研究焊接缺陷對車體斷裂失效的影響,為焊接質(zhì)量的控制和車體安全性評估提供了方法參考。研究內(nèi)容主要包含四個部分。首先,采用熱-彈塑性法對焊接接頭模型進行數(shù)值模擬。根據(jù)鋁合金車體上的各焊接接頭形式,建立相應(yīng)的幾何及有限元模型,使用順序耦合的方法計算了焊接溫度場和熱應(yīng)力。其次,采用線彈性斷裂力學(xué)方法對焊接缺陷裂紋化表征模型進行應(yīng)力強度因子計算。建立焊接接頭裂紋的... 

【文章來源】：西南交通大學(xué)四川省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：84 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖2-3雙橢球熱源模型

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第14頁熱介質(zhì)的溫度(C);（2）應(yīng)力場計算邊界條件在本次模擬數(shù)值中，如圖2-4所示，施加的邊界條件（自由約束）為:對A，B，C處各頂點施加約束，A點在x,y,z方向都實施約束，B點在y,z方向都實施約束，C點在y方向都實施約束。總體實現(xiàn)6個自由度的約束，防止過約束或者欠約束。圖2-4位移邊界條件（3）求解設(shè)置焊接溫度場的分析步類型選擇傳熱分析。由于應(yīng)用了生死單元法，熱源移動激活焊道，所以當(dāng)熱源每激活一層焊道即需要設(shè)置一個分析步，因此需要設(shè)置多個分析步。當(dāng)熱源離開模型時，設(shè)定一個分析步用于焊接接頭模型的冷卻。在熱源模型移動的分析步中，初始時間步長設(shè)置為0.01s，最小時間步長設(shè)置為1e-8s，最大時間步長為1s。在冷卻過程中，設(shè)置初始時間步長為0.01s,最小時間步長設(shè)置為1e-8s，最大時間步長為10s，冷卻時間設(shè)置為600s。因為加熱過程對最后的結(jié)果影響很大，所以其最大時間步長不宜設(shè)置過大。每個時間步長內(nèi)溫度變化不超過1000℃。各個接頭的焊接過程分析步設(shè)置如表2-4所示。表2-4分析步設(shè)置焊接時間（s）冷卻時間（s）單道焊50600第一道焊接時間冷卻時間第二道焊接時間冷卻時間多道焊502050600其中單道焊包括板厚為3mm的對接和搭接以及板厚為4mm的對接。多道焊則是指板厚為8mm的兩道焊對接。焊接應(yīng)力場的分析步類型選擇靜力分析。其分析步設(shè)置需要和所計算的溫度場一致，以保證溫度場結(jié)果可以順利以熱載荷的方式加載到計算應(yīng)力的模型上。與溫度場不同的是，應(yīng)力場需要將大變形打開。

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文第15頁2.3殘余應(yīng)力數(shù)值模擬結(jié)果分析順序耦合熱應(yīng)力分析中，焊接接頭的溫度場結(jié)果是決定接下來應(yīng)力場結(jié)果正確與否的關(guān)鍵因素。溫度過高則會使得焊接殘余應(yīng)力值過大，而溫度過低則會導(dǎo)致整個計算失敗，無法得出有效的應(yīng)力場結(jié)果，因此需要先進行熱源校核，確保在熱源穩(wěn)定后，焊接區(qū)域能夠處于熔融狀態(tài)。因為板厚為3mm與板厚為4mm的對接接頭模型除了板厚和熱輸入，其他焊接條件都相同，故溫度趨勢及殘余應(yīng)力分布相同，在云圖結(jié)果中僅顯示板厚為3mm的對接、搭接以及板厚為8mm的對接接頭模型。2.3.1焊接溫度場結(jié)果分析（1）板厚為3mm的對接以及搭接接頭溫度場結(jié)果從焊接接頭瞬態(tài)溫度場計算結(jié)果中選取時間為0.3s、25s、50s、200s的溫度場云圖如圖2-5所示。（a）0.3s時溫度場云圖（b）25s時溫度場云圖（c）50s時溫度場云圖（d）200s時溫度場云圖（e）0.3s時溫度場云圖（f）25s時溫度場云圖

【參考文獻】：
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本文編號：3120530