板单元焊接变形机械矫平方案研究

摘要

由板材、型材等钢料焊接而成的板单元在现代工业如冶金、路桥、造船、建筑工程、机械工程中应用越来越广泛,这些板单元在焊接后往往由于受热不均产生各种各样的焊接变形。如果这些变形不能得到及时有效的矫正必将影响到产品的平直度精度、整体钢结构装配精度以及交货质量的高低。本文从船体平面分段板单元以及现代U肋桥面板板单元的焊接变形出发,以U肋桥面板板单元焊接变形矫平方法为研究对象,利用理论分析与软件模拟相结合的方式对板单元焊接变形矫正方法进行了研究,提出了一种新颖的板单元变形辊式矫正方法,以改善传统火焰矫正工作效率低、成型质量差、工作环境恶劣、能耗较大、污染环境的缺点。
　　(1)在对焊接变形的现场调研以及深入了解各种相关变形矫正方法的基础上,从弹塑性弯曲变形理论出发,对比分析各种方案的使用范围以及优缺点,最终选择辊式矫平方法为U肋桥面板板单元焊接变形的矫平方案。
　　(2)根据矫平理论和辊式矫平原理对辊式矫平机的矫平过程进行工艺分析,以U肋桥面板板单元为例,完成平行辊式矫平机基本参数设计,确定辊径、辊距、辊数等。
　　(3)用PRO/E软件建立板单元变形矫平方案模型,并利用弹塑性变形弯曲理论,结合矫平过程中工件的变形特点,确定矫平机的力能参数。
　　(4)根据解析模型和计算得出的参数设置,选择合理的材料模型,利用有限元软件ANSYS建立板单元三维有限元模型,并分析不同压下量设置下板单元的变形情况以及矫正板单元焊接变形所需的矫平力。本文对于辊式矫平机在异型断面大尺寸板单元焊接变形矫正方面的应用研究具有一定的创新性,对于此类板单元变形辊式矫正方法的实现有一定的参考价值。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 板单元的焊接变形

1.1.1 船体平面分段板单元的焊接变形

1.1.2 U肋桥面板板单元的焊接变形

1.2 变形矫正方法

1.2.1 火焰矫正

1.2.2 机械矫正

1.2.3 其他焊接变形控制方法

1.3 武船重工采用的板单元焊接变形控制方法

1.4 机械矫正设备

1.4.1 矫正机的分类

1.4.2 中厚板矫平机矫平机理

1.5 课题的来源、内容及意义

1.5.1 课题的来源

1.5.2 课题的研究内容

1.5.3 课题研究的目的、意义

第2章 板单元焊接变形机械矫平方案设计

2.1 U肋桥面板板单元截面特点与焊接变形现状

2.2 焊接变形矫平方案优选

2.3 平行辊式矫平机

2.3.1 平行辊式矫平机的工作原理

2.3.2 平行辊式矫平机的分类

2.3.3 平行辊式矫平机的矫平方案

2.3.4 平行辊式矫平机工作辊的特点

2.3.5 平行辊式矫平机的研究现状与发展趋势

2.4 基于PRO/E的辊式矫平方案设计

2.4.1 基于PRO/E的板单元建模

2.4.2 板单元焊接变形辊式矫平方案确定

2.5 本章小结

第3章 平行辊式矫平机基本参数设计

3.1 辊式矫平过程中的弹塑性弯曲曲率定义及其变化

3.2 基于CAD软件的板单元截面特性计算

3.3 辊式矫平机基本参数设计

3.3.1 工作辊材质的选择

3.3.2 辊数的确定

3.3.3 辊距的确定

3.3.4 辊径的确定

3.3.5 辊身长度的确定

3.3.6 矫平速度的确定

3.4 压下量设计

3.5 本章小结

第4章 平行辊式矫平机力能参数计算

4.1 弹塑性变形理论基础

4.1.1 弹塑性变形及其特点

4.1.2 弹塑性理论在辊式矫平机矫平力计算中的应用

4.2 矫平力计算方法

4.2.1 简化后的简支梁模型计算法

4.2.2 虚拟支点法

4.2.3 曲线拟合法

4.2.4 有限元方法

4.3 基于简化后简支梁模型的矫平力计算

4.4 矫正功率计算

4.5 本章小结

第5章 不同压下量下的板单元矫平力与变形数值模拟

5.1 有限元国内外研究现状

5.2 ANSYS有限元分析与弹塑性理论

5.2.1 屈服准则

5.2.2 流动准则

5.2.3 强化准则

5.3 有限元研究内容

5.4 有限元数值模拟

5.4.1 选择单元类型

5.4.2 定义材料属性

5.4.3 创建几何模型

5.4.4 网格划分

5.4.5 加载约束和载荷

5.4.6 求解及结果后处理

5.5 有限元结果分析

5.6 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文