焊接是構件制造過程中的重要連接方法。由于焊接受熱過程中的局部性和瞬時性,變形普遍存在。導致焊接結(jié)構尺寸精度降低,影響其服役性能。因此研究分析焊接變形,采取相應的控制措施,對工業(yè)生產(chǎn)具有重要的理論意義和工程應用價值。隨著焊接分析理論的日趨成熟和計算機技術的快速進步,數(shù)值模擬技術作為分析焊接變形的有效方法被廣泛研究和推廣。其中固有應變法具有快速有效的計算特點和優(yōu)勢,計算速度快,廣泛用于汽車、輪船及航空航天等大型復雜結(jié)構的焊接變形預測�？蛙嚬羌艿捏w積龐大,結(jié)構復雜,是典型的大型復雜結(jié)構。為了節(jié)約計算機資源,提高計算效率,本文采用固有應變法分析客車骨架的焊接變形的規(guī)律。根據(jù)骨架的結(jié)構特點將骨架大結(jié)構分解為五部分,各部分獨立組焊,拼焊成骨架整體結(jié)構。通過改變組焊順序、調(diào)整工裝夾持位置,調(diào)控五部分及整體骨架的焊接變形�；跓�-彈-塑性有限元分析方法,對骨架中對接和T型兩種典型接頭進行數(shù)值模擬,從后處理模塊中提取塑性應變大小。根據(jù)固有應變積分公式計算收縮力和彎曲力矩,然后將其加載到骨架模型。采用固有應變法對骨架五部分進行彈性有限元計算,并分析焊接變形。通過與實測數(shù)據(jù)進行比較,驗證了固有應變法分析客車... 

【文章來源】：西安石油大學陜西省

【文章頁數(shù)】：49 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

客車制造工藝流程

西安石油大學碩士學位論文2其中全承載式車身骨架是用鋼制薄壁矩形管焊接而成的桁架結(jié)構[1]，按照前圍、后圍、左側(cè)圍、右側(cè)圍、底架和頂蓋六大片分總成順序焊接，然后合攏焊成車身骨架總成，組成一個形似“鳥籠”的空間柵格式結(jié)構，如圖1-2所示。骨架是客車車身的主結(jié)構，具有重量輕、剛度大及比強度高等優(yōu)點[2]。不僅承載車身負荷，而且連接車身蒙皮和各種附件。其制作流程是，首先在專用組合焊接夾具上組裝、夾緊、點焊固定，完成內(nèi)側(cè)的對焊平焊、兩側(cè)的角焊立焊。然后將骨架總成脫模翻轉(zhuǎn)180度，放在車間平地上，在無約束狀態(tài)下焊接外側(cè)焊縫[3]。圖1-2客車車身骨架Fig.1-2Skeletonofbusframeworks在車身骨架組焊過程中，細絲CO2氣體保護焊以其效率高，能耗低，適用性廣及變形小等優(yōu)點得到了廣泛的應用。與其它結(jié)構件焊接一樣，客車骨架在焊接過程中會產(chǎn)生嚴重的焊接變形。導致矯形工作量大，矯形后局部變形大，直接影響車身的外觀質(zhì)量和外側(cè)蒙皮的安裝質(zhì)量[4]。骨架變形是各種因素綜合作用的結(jié)果[5]。變形較小的構件，一般采用矯形的方法對其進行修正。而對于變形較大的構件，只能報廢處理，極大地提高了制造成本，延長了生產(chǎn)周期。骨架六大片合攏焊接時，裝配尺寸不到位，夾緊力將骨架焊接部位強行裝夾到一起后，會產(chǎn)生較大的變形，使車體對角線不等。同時若各分總成之間裝配間隙過大，焊接后由于焊縫收縮導致的內(nèi)應力增大，車身殼體薄弱部位容易產(chǎn)生較大的變形。車身門框、前后風窗、左側(cè)圍變形較大，影響底盤及內(nèi)外飾零件的裝配[6]。骨架接頭是桿件連接和載荷傳遞的關鍵部位，接頭的變形是導致客車骨架變形的主要原因[7]。左側(cè)圍骨架接頭以對接和T型為主，兩種接頭焊縫布置不對稱，數(shù)量多且集中。尤其是門框位置，呈開口自由狀態(tài)設計，不?

是可以預測大型、復雜結(jié)構的焊接變形，數(shù)值分析技術在焊接領域逐漸展開，為焊接變形的預測提供了一種新的方法[9]-[10]。數(shù)值分析思路是將連續(xù)的物體本身離散化，分解為有限數(shù)量的單元，對模型求數(shù)值解。本文擬采用數(shù)值模擬的方法，研究客車骨架的變形規(guī)律，并調(diào)控其變形。（1）為焊接工裝夾具的選擇提供依據(jù)。通過數(shù)值模擬，尋找變形最小的工裝約束方式、夾具分布位置，為焊接工裝夾具的優(yōu)化提供參考。（2）為焊接變形的研究提供新的解決思路。相比實驗及解析方法，節(jié)省了時間、人力及材料成本，提高了產(chǎn)品的市場競爭力。圖1-3左側(cè)圍骨架分塊示意圖Fig.1-3Partsdiagramofbusframework1.2骨架變形的研究現(xiàn)狀焊接熱源的特點具有空間域的局部性和時間域的運動性，構件在熱源作用下產(chǎn)生了不均勻的溫度場，不均勻溫度場形成的熱應力是引起焊接殘余應力和變形的根源[11]。焊接過程中，焊縫及近縫區(qū)溫度急劇升高，并快速熔化，同時材料受熱膨脹。但周圍低溫區(qū)域材料對焊縫材料產(chǎn)生約束作用，對其產(chǎn)生壓力，同時材料受熱后的屈服極限下降，壓力可部分地達到材料的屈服極限，這樣焊接區(qū)域材料在加熱階段可被塑性壓縮。冷卻時產(chǎn)生與加熱相反的作用，壓縮塑性變形區(qū)域的高溫金屬會收縮，同樣高溫金屬的收縮會受到周圍金屬的限制，產(chǎn)生塑性拉伸，當塑性拉伸應變不足以抵消加熱階段產(chǎn)生的塑性壓縮應變時，在構件內(nèi)部會產(chǎn)生殘余應力、焊接變形。本文討論的客車左側(cè)圍骨架，根據(jù)文獻資料[12]-[13]，其變形形式有收縮變形、彎曲變形、波浪變形和扭曲變形，其變形現(xiàn)狀有以下五個方面。（1）骨架中部腰梁直線度超差，蒙皮后平面度差。骨架在胎具上進行埋鐵、風道型材等零件焊接時熱脹冷縮，在中部腰梁位置形成上拱彎曲，同時整體骨架焊接，吊裝、運輸?shù)冗^程中也?


本文編號：3127201