鋁合金車體結(jié)構(gòu)焊接變形的模擬優(yōu)化控制工藝.pdf

1、針對高速列車鋁合金車體焊后出現(xiàn)的變形問題，開展了車體焊接應(yīng)力、變形分析以及焊后矯形技術(shù)的研究。通過對車體焊接裝配過程和火焰矯形過程的有限元模擬，揭示了車體的變形規(guī)律，從而為優(yōu)化焊接工藝，確定變形控制措施奠定基礎(chǔ)。
　　本文首先對小尺寸車體結(jié)構(gòu)模型的焊接進(jìn)行了有限元數(shù)值模擬，并對其計算結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明模擬結(jié)果與測量結(jié)果吻合良好，證明了模型的建立以及求解條件施加的合理性。但是這種車體型材結(jié)構(gòu)不但會使得建模的時間大大增加，還

2、會使整個車體模型的單元數(shù)量巨大而使現(xiàn)有計算機(jī)硬件水平無力承擔(dān)。因此，本文提出了兩種簡化結(jié)構(gòu)，并與小尺寸的實(shí)際結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了靜力與焊接情況下的等效分析。結(jié)果表明，這兩種結(jié)構(gòu)不但能夠保證與原結(jié)構(gòu)在剛度、焊接殘余應(yīng)力等方面達(dá)到等效，而且能夠大大減少單元數(shù)量從而提高運(yùn)算速度。
　　利用簡化結(jié)構(gòu)建立了整個車體的模型并對其進(jìn)行了虛擬裝配焊接。在對車體八條主要焊縫焊接后，產(chǎn)生了與實(shí)際焊接出現(xiàn)的趨勢一致的撓曲變形，即兩個側(cè)墻均向車體外凸出，中部凸

3、出最為嚴(yán)重，極大破壞了縱向母線直線度。針對這一現(xiàn)象，本文采用了優(yōu)化焊接次序和焊后火焰矯形的方法來減小車體焊后撓曲變形，并在火焰矯形的模擬計算中采用自行設(shè)計的子程序來實(shí)現(xiàn)水槍斷續(xù)行走的動態(tài)過程。結(jié)果表明，優(yōu)化的焊接次序和火焰矯形都可以在一定程度上改善焊后撓曲變形。本文還模擬了實(shí)際火焰矯形工作中由于不規(guī)范操作而出現(xiàn)的壓曲失穩(wěn)變形，研究了火焰加熱位置、角度、加熱溫度等對其影響規(guī)律，以此來指導(dǎo)實(shí)踐生產(chǎn)，保證既可實(shí)現(xiàn)對焊后變形的合理調(diào)控，又能避免