高速列车铝合金车体侧墙残余应力与变形数值模拟

摘要

随着我国高速铁路的快速发展，高速列车的速度不断的提升，高速列车的生产质量要求也相应的提高。焊接作为高速列车生产的重要手段，焊接残余应力和残余变形一直是生产过程面临的难题，焊接残余变形不仅会影响列车外形的美观，而且会导致车体装配尺寸出现偏差；焊接残余应力对列车的疲劳强度有较大的影响。因此，掌握铝合金焊接残余应力和残余变形规律可以为设计、生产提供帮助。
　　CRH2新一代高速列车车体结构，采用薄壁筒形的整体承载式轻量化铝合金型材结构材料，其材料采用A5083P-O、A6N01S-T5和A7N01S-T4、A7N05S-T5等系列铝合金，车体结构由底架、端墙、侧墙、车顶等组成。本文使用SYSWELD对其中的侧墙部分进行模拟仿真，侧墙为超薄大型中空铝型材的拼焊结构，使用的型号A6N01S－T5的铝合金，焊接方法主要采用MIG焊。首先根据侧墙结构形式，拟定了侧墙上焊缝所需的4种焊接接头，并在此基础上，采用高斯双椭球热源模型在SYSWELD软件对这些热源进行了仿真与校核。以此热源校核为基础，使用SYSWELD对侧墙的局部和整体进行模拟，分析侧墙结构在现有工艺下焊接残余应力的大小和分布规律，并将结果与实际测试结果进行对比，可知计算值和测试值都有良好一致性；在此前提下研究焊接顺序和焊接线能量对残余应力分布、大小的影响，得到结论：1、工艺参数不允许范围内焊接线能量增大残余应力减小；2、对称焊接时焊接残余应力最小。
　　再用SYSWEID软件中PAM-ASSEMBLY模块使用“局部－整体”法对侧墙的焊接变形进行模拟计算，分析焊接变形大小，以及侧墙变形规律；在此基础上研究焊接顺序、焊接线能量、约束等参数对侧墙残余变形的影响；不同焊接顺序下焊接变形变化很大，采用对称焊的时候变性最小；同时焊接变形随着线能量的增大而增大；施加约束能使侧墙整体的焊接变形减小，并且变得规整。