本文關(guān)鍵詞：大型環(huán)形結(jié)構(gòu)焊接變形剛性控制數(shù)值模擬

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【摘要】：因汽輪機隔板服役環(huán)境的特殊性，需要在隔板外環(huán)的指定位置堆焊不銹鋼耐腐蝕層，由于堆焊量大導(dǎo)致隔板外環(huán)焊后焊接變形大影響裝配質(zhì)量。為控制隔板外環(huán)的焊接變形同時降低大型焊接結(jié)構(gòu)焊接試驗成本，應(yīng)用數(shù)值模擬對汽輪機隔板外環(huán)的焊接變形過程進行了預(yù)測。同時針對大型結(jié)構(gòu)焊接過程數(shù)值模擬模型大、數(shù)據(jù)量大、計算時間長等問題，基于相似準(zhǔn)則分析焊接溫度場確定了模擬結(jié)構(gòu)與實際結(jié)構(gòu)焊接應(yīng)力和變形的比例對應(yīng)關(guān)系，建立模擬結(jié)構(gòu)模型減少了單元數(shù)量和節(jié)點數(shù)量。另外，利用串熱源代替雙橢球熱源減少時間增量步數(shù)以及模擬過程中迭代運算次數(shù)，，在盡可能保證計算精度的同時提高運算效率。同時為保證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，設(shè)計了相似結(jié)構(gòu)物理試驗，驗證了簡化方法的精度。因此，本課題的研究對控制汽輪機隔板外環(huán)焊接變形具有一定的工程意義。 通過增加剛性固定即焊拉筋的辦法控制汽輪機隔板外環(huán)焊接變形。設(shè)計了米字型拉筋和梁型拉筋兩種焊拉筋結(jié)構(gòu)，通過數(shù)值模擬結(jié)果對比兩種拉筋形式控制焊接變形的能力，結(jié)果表明兩種拉筋形式都可以減少焊接變形，米字型拉筋控制焊接變形的能力要強于梁型拉筋，當(dāng)采用米字型拉筋時，筋板的變形要大于隔板外環(huán)的變形，而采用梁型拉筋，隔板外環(huán)的變形要大于筋板的變形。特別是在控制隔板外環(huán)的軸向變形和周向變形上，米字型拉筋可以更好的保證隔板的垂直度和減少隔板因受熱膨脹對形狀的影響。工藝方面，優(yōu)化了焊接速度和夾具數(shù)量，得到了最優(yōu)的焊接速度為6mm/s，最優(yōu)的夾具數(shù)量是6個。利用串熱源完成了全部堆焊過程的數(shù)值模擬，耗時約50小時。并通過模擬結(jié)構(gòu)與實際結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)模擬結(jié)果計算出實際結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力峰值約為86MPa。
【關(guān)鍵詞】：環(huán)形結(jié)構(gòu) 焊接變形 剛性控制 數(shù)值模擬 相似理論
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG404
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義10-11
• 1.2 國內(nèi)外大型結(jié)構(gòu)焊接過程研究現(xiàn)狀11-15
• 1.2.1 大型結(jié)構(gòu)焊接過程模型簡化研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 數(shù)值模擬預(yù)測焊接應(yīng)力應(yīng)變的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.3 焊接變形控制數(shù)值模擬15
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容15-17
• 第2章 汽輪機隔板外環(huán)堆焊要求及工藝設(shè)計17-28
• 2.1 引言17-18
• 2.2 汽輪機隔板簡介18-19
• 2.3 汽輪機隔板外環(huán)堆焊位置及焊道分布19-21
• 2.4 材料化學(xué)成分及物理性能參數(shù)21-23
• 2.4.1 隔板外環(huán)材料化學(xué)成分及物理性能參數(shù)21
• 2.4.2 焊接材料化學(xué)成分及物理性能參數(shù)21-23
• 2.5 焊接變形剛性控制方案23-26
• 2.5.1 焊接速度和夾具數(shù)量優(yōu)化方案23-24
• 2.5.2 拉筋結(jié)構(gòu)形式設(shè)計24-26
• 2.6 本章小結(jié)26-28
• 第3章 汽輪機隔板外環(huán)堆焊過程數(shù)值模擬28-40
• 3.1 引言28
• 3.2 焊接溫度場相似理論28-29
• 3.3 焊接熱源模型29-31
• 3.3.1 雙橢球熱源模型29-30
• 3.3.2 串熱源模型30-31
• 3.4 模擬結(jié)構(gòu)與實際結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力比例關(guān)系31-32
• 3.5 相似結(jié)構(gòu)物理試驗數(shù)值模擬32-36
• 3.5.1 焊接溫度場相似準(zhǔn)則試驗驗證32-36
• 3.5.2 串熱源與雙橢球熱源模擬結(jié)果對比36
• 3.6 汽輪機隔板外環(huán)有限元模型36-39
• 3.7 本章小結(jié)39-40
• 第4章 剛性控制隔板外環(huán)焊接變形及工藝優(yōu)化40-52
• 4.1 引言40
• 4.2 汽輪機隔板外環(huán)焊接變形規(guī)律40-42
• 4.3 拉筋形式對隔板外環(huán)焊接變形規(guī)律的影響42-45
• 4.4 焊接工藝優(yōu)化45-48
• 4.4.1 焊接速度優(yōu)化46-48
• 4.4.2 夾具數(shù)量優(yōu)化48
• 4.5 實際結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力分布48-51
• 4.6 本章小結(jié)51-52
• 結(jié)論52-53
• 參考文獻(xiàn)53-56
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文56-57
• 致謝57

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：1026120