汽车横梁焊接变形预测与调控的研究

发布时间：2017-08-02 06:12

  本文关键词：汽车横梁焊接变形预测与调控的研究

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【摘要】：随着我国经济的发展,大型焊接结构的应用领域越来越广,而焊后变形在其生产制造中难以避免。对于大型焊接结构,焊后变形不但影响结构尺寸、降低装配精度,还降低结构的承载能力,因此需要花费大量的精力矫正变形,增加制造成本。因此预测并控制大型焊接结构的焊接变形的研究显得尤为重要。本文以汽车横梁为例,采用“局部-整体”映射有限元法预测其焊接变形。利用SYSWELD软件计算了多个局部模型,利用Pam-assembly软件预测整体焊接变形,计算中3D和2D单元的混合使用保证了计算精度与效率的平衡。结果表明,“局部-整体”映射有限元法可以准确预测焊后变形。分析了不同焊接顺序对焊接变形的影响,确定了从中间向两侧对称焊接的最优焊接顺序,为企业自动化生产提供量化依据。本文采用随焊激冷方法来控制焊接变形,采用吸热的高斯热源模型作为冷源模型,从实验和计算模拟两方面研究其控制焊接变形的机理。相对于常规焊接,由于冷源的急冷作用温度场产生明显畸变,在冷源作用部位形成温度低谷,产生明显的“马鞍形”温度场；高温金属的急冷收缩对周围金属产生拉伸作用,压缩塑性应变降低,残余应力减小,宏观表现为挠曲变形减小,由原来最大3.8mm降为1.0mm,降低了74%。对热源与冷源中心的激冷距离和冷源激冷功率对焊接变形的影响进行了研究。研究结果表明,激冷距离越小,温度场畸变越严重,纵向残余应力越小,控制焊接变形的效果越明显；距离太小,不符合实际工程情况,可采用“等温线法”选取合适的取值范围；随激冷功率的增加,所达最低温度越小,纵向残余应力越小,控制焊接变形效果越明显。进行随焊激冷实验,实验结果与计算结果基本一致,随水流量增加,焊接变形先变小后基本保持不变。将随焊激冷方法应用于本文汽车横梁的焊接数值模拟过程中,利用“等温线法”确定冷源位置,利用“比例系数法”选取合适的冷源功率,计算随焊激冷对横梁焊接变形的控制。结果表明,随焊激冷方法可控制汽车横梁的焊接变形,为随焊激冷的实际应用奠定理论基础。
【关键词】：焊接变形 有限元法 SYSWELD 随焊激冷 温度场
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U466;TG404
【目录】：

• 摘要10-11
• ABSTRACT11-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 研究背景和意义13-14
• 1.2 大型焊接结构数值仿真的研究现状14-17
• 1.2.1 数值仿真方法14-16
• 1.2.2 大型焊接结构数值仿真进展16-17
• 1.3 焊接变形的控制方法17-19
• 1.4 本文的研究内容19-21
• 第2章 焊接有限元相关软件21-33
• 2.1 SYSWELD软件介绍21
• 2.2 SYSWELD整体解决方案21-22
• 2.3 本文进行数值仿真的主要步骤22-27
• 2.3.1 网格划分23-24
• 2.3.2 热源校核24
• 2.3.3 焊接向导设置24-25
• 2.3.4 边界条件的设定25
• 2.3.5 后处理25
• 2.3.6 局部模型的提取25-26
• 2.3.7 整体模型的计算26-27
• 2.4 局部模型建立27-29
• 2.4.1 局部模型网格划分27-28
• 2.4.2 热源模型28-29
• 2.5 整体模型建立29-31
• 2.6 本章小结31-33
• 第3章 汽车横梁焊接变形的预测33-49
• 3.1 焊接工艺33-34
• 3.2 局部模型的温度场计算结果分析34-38
• 3.3 局部模型的应力场计算结果分析38-42
• 3.4 整体变形的预测42-46
• 3.4.1 “宏单元”提取42-43
• 3.4.2 整体模型焊接变形的预测43-46
• 3.5 焊接顺序对焊接变形的影响46-48
• 3.6 本章小结48-49
• 第4章 随焊激冷方法控制焊接变形的研究49-71
• 4.1 随焊激冷焊接方法49-51
• 4.2 随焊激冷模型51-54
• 4.2.1 计算模型51-52
• 4.2.2 热源模型校核52-53
• 4.2.3 冷源模型53-54
• 4.3 随焊激冷方法焊接温度场的计算结果与分析54-59
• 4.4 随焊激冷焊接应力场的计算结果与分析59-60
• 4.5 雾化喷嘴与焊枪中心的激冷距离对变形的影响60-64
• 4.5.1 激冷距离对焊接温度场的影响60-63
• 4.5.2 激冷距离对焊接应力场的影响63
• 4.5.3 激冷距离对变形的影响63-64
• 4.6 水流量对焊接变形的影响64-66
• 4.7 焊接试验及结果分析66-69
• 4.8 本章小结69-71
• 第五章 随焊激冷在汽车横梁焊接模拟中的应用71-77
• 5.1 激冷距离的选取71-72
• 5.2 激冷功率的选取72
• 5.3 随焊激冷对汽车横梁焊接变形的影响72-75
• 5.4 本章小结75-77
• 第6章 结论和展望77-79
• 6.1 结论77
• 6.2 展望77-79
• 参考文献79-85
• 致谢85-86
• 附件86

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 屠胜立;张宪;;膜式水冷壁焊接变形热弹塑性有限元分析[J];轻工机械;2011年05期

2 李敬勇;章明明;李鹰;李建国;;预拉伸对铝合金焊接残余应力和变形的影响[J];热加工工艺;2005年12期

3 李娅娜;谢素明;李晓峰;兆文忠;;集装箱平车中梁焊接变形的数值仿真[J];铁道学报;2010年05期

4 黄道业;;高强度钢T型接头焊接变形固有应变数值模拟[J];热加工工艺;2013年11期

5 阚玉艳;彭林法;来新民;倪军;;超薄不锈钢板激光焊接局部变形预测研究[J];热加工工艺;2014年17期

6 谢晖;周玉雷;;汽车轮罩总成焊接变形分析及优化[J];热加工工艺;2015年17期

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本文编号：607940