挖掘機(jī)在建筑工程中有著大量的應(yīng)用,挖掘機(jī)中框架作為上車(chē)架的主要受力結(jié)構(gòu)件,其對(duì)整機(jī)工作的可靠性、工作壽命起重要的影響。挖掘機(jī)中框架是典型的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件,其焊后存在比較突出的焊接變形問(wèn)題。底板兩端的角變形會(huì)導(dǎo)致在進(jìn)行回轉(zhuǎn)齒圈加工時(shí)切削深度嚴(yán)重不均,且無(wú)法完成與左右側(cè)框架的拼裝焊接;中框架后端的回轉(zhuǎn)變形會(huì)導(dǎo)致其與下車(chē)架難以進(jìn)行裝配。焊接順序的不合理還會(huì)造成局部區(qū)域殘余應(yīng)力過(guò)大,由此產(chǎn)生裂紋甚至是開(kāi)裂現(xiàn)象,降低中框架結(jié)構(gòu)的承載能力。為了提高焊接質(zhì)量,本文對(duì)中框架的焊接變形與殘余應(yīng)力控制展開(kāi)了研究,取得的成果如下:(1)提出一種分段溫控高效熱源,分段溫控高效熱源以溫度為控制變量,以溫度場(chǎng)進(jìn)入準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)時(shí)的溫度值直接施加在所對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上,從而使焊接模擬計(jì)算量大大減少。文中以T形接頭為研究對(duì)象進(jìn)行焊接數(shù)值模擬,并將其計(jì)算結(jié)果與采用雙橢球熱源所計(jì)算的結(jié)果作比較。研究結(jié)果表明,提出的分段溫控高效熱源與雙橢球熱源相比,計(jì)算精度相當(dāng),使用分段溫控高效熱源計(jì)算所需要的時(shí)間是雙橢球熱源計(jì)算時(shí)間的1/10左右,計(jì)算效率顯著提高,這對(duì)于解決大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件焊接數(shù)值模擬計(jì)算量大且效率低的問(wèn)題具有重大的意義。(2)將分段溫控高效熱源應(yīng)用于挖掘機(jī)中框架的焊接數(shù)值模擬中,提出使用分層逐項(xiàng)優(yōu)化的的方法對(duì)挖掘機(jī)中框架進(jìn)行焊接順序優(yōu)化。首先對(duì)第一層焊縫的焊接次序進(jìn)行優(yōu)化,然后在此基礎(chǔ)上研究不同焊接方向?qū)χ锌蚣芎附幼冃闻c殘余應(yīng)力的影響,從而確定最優(yōu)的焊接順序。由于第二層焊縫的位置布局與第一層相同,因此第二層焊縫使用與第一層相同的焊接順序,組成整體最優(yōu)焊接順序方案。研究結(jié)果表明,采取焊接對(duì)稱(chēng)焊與跳焊相結(jié)合的焊接次序所得到的角變形量最小;采用合理的焊接次序?qū)档秃讣附託堄鄳?yīng)力效果顯著。方案3的焊接殘余應(yīng)力應(yīng)力最大值為各焊接方案最小,左右兩側(cè)立板處焊接殘余應(yīng)力峰值相較于方案8降幅率分別為38.46%和42.13%;選擇合理的焊接方向可以降低焊接結(jié)構(gòu)的變形量。先焊焊縫收弧端與后焊焊縫的起弧端相距越遠(yuǎn),角變形量降低效果越明顯。(3)本文將有限元分析嵌入多目標(biāo)遺傳算法中,以焊接變形量最小,且焊接加工時(shí)間最短為目標(biāo),對(duì)焊接參數(shù)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。優(yōu)化后焊接電壓為32V,焊接電流為263A,焊接速度為8mm/s,焊接速度比原參數(shù)提高了60%。研究結(jié)果表明,在多目標(biāo)遺傳算法的優(yōu)化過(guò)程中各焊接優(yōu)化參數(shù)的種群分布不斷向最優(yōu)解靠近,種群在迭代代數(shù)達(dá)到25代時(shí)達(dá)到收斂,隨后各焊接參數(shù)種群分布在收斂值附近浮動(dòng);采用優(yōu)化后焊接工藝參數(shù)所得到的T形接頭最大變形量較采用原焊接工藝參數(shù)所得到的最大變形量下降了35%,T形接頭焊后殘余變形得到明顯的改善。
【學(xué)位單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TG404
【部分圖文】：

中框架結(jié)構(gòu)

形成機(jī)理源附近金屬因受熱產(chǎn)生變形；已經(jīng)發(fā)生變形的性約束同樣不能自由收接材料、焊接工藝和焊熱源的金屬運(yùn)動(dòng)，最終要因素及其聯(lián)系如圖 1.不均勻加熱是導(dǎo)致焊接要取決于焊接材料的特件的外部約束情況，其焊接熱輸入

xd圖 2.1 一維穩(wěn)態(tài)傳熱示意圖據(jù)式子（2-5），對(duì)于單元在 dt 時(shí)間內(nèi)的熱傳遞表達(dá)式為( )xx xqq Adt QAdxdt U q Adtxdx + = + + ，qx為熱流；Q 為熱源熱量產(chǎn)生率；U 為內(nèi)能。熱傳導(dǎo)定律，水平方向 x 上的熱流 qx的表達(dá)為：x xTq kx = ，kx為水平方向 x 的導(dǎo)熱系數(shù)。的增加量的內(nèi)能 U 為： U =c ρ AdxdT中，c 為焊接材料的比熱容；ρ為焊接材料的密度； T = T (

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2815824