电力机车转向架侧梁焊接变形数值模拟

摘要

电力机车主要组成部分机车转向架的生产和设计直接影道电力机车的构造以及能否安全运行。构架侧梁的焊接质量影响着电力机车转向架的组装精度,若要保证焊接质量,就必需对构架侧梁焊接变形进行良好地控制。
　　本文首先介绍了韶山4改型电力机车转向架及其构架侧梁的结构,应用SolidWorks Simulation有限元分析软件建立有限元模型,形成装配体,最终构成了机车侧梁有限元仿真模型。
　　为了在保证计算准确度的前提下减少计算量,在仿真的模型的参数设定上，如热输入量、对流等做了相应的研究,同时利用分段移动热源模拟了焊接热源。利用SolidWorks Simulation软件的非线性静态分析算例和热分析功能,对侧梁焊接过程中的瞬时温度场、静态的应力场以及焊后变形进行了数值模拟计算。
　　为了研究焊接顺序对焊接变形的影响建立了4种不同焊接顺序的模型,计算出4种焊接顺序的焊接变形和应力,1号模型其焊接变形合位移为3.227mm,最大焊接应力为1.961×108 N/m2;2号模型焊接变形合位移为3.529mm,最大焊接应力为1.987×108 N/m2。3号模型其焊接变形合位移为5.859mm,最大焊接应力为1.601×108 N/m2。4号模型焊接变形合位移为2.961mm,最大焊接应力为2.864×108 N/m2。对四种焊接顺序模型的计算数据进行对比可以看出,4号模型由两侧向里对称焊接的方法,焊接变形量最小,且最大焊接应力也比较适中,其焊接应力可以采用热处理的方法予以消除,应予采用。
　　依据基准划线法,在侧梁上前、后立板上选取两组测试点,与转向架侧梁上盖板轴向中心线的比较来测得侧梁焊接后的垂向弯曲变形、水平弯曲变形及纵向收缩情况,测量结果表明,第4章数值模拟结果是准确的。在此基础上制定了不同的焊接顺序方案,通过数值模拟分析比较各方案在各方向变形的情况,得出了外部一二层焊缝比较优化的焊接顺序为a→b→c→d→e→h→g→f。另外数值模拟的结果和实际的测量结果也提示,不同的方案对侧梁体的焊接收缩量影响不大;不同的方案对侧梁体的焊接垂向和横向变形影响较大。
　　通过改变侧梁焊接顺序来控制焊接变形,在焊接生产过程中方法简单、容易操作、成本较低的特点,同时较小了变形量提高了构架的组装精度使构架的整体结构尺寸符合标准与其上安装的各部件配合符合设计要求,实现了电力机车的轻量化,而且也大大地提高了电力机车的经济性、安全性。

目录

电力机车转向架侧梁焊接变形数值模拟

NUMERICAL SIMULATION ON WELDING PROCESSES IN BOGIE FRAME OF ELECTRIC LOCOMOTIVE

摘要

Abstract

第1章绪论

1.1课题背景及研究的目的和意义

1.2国内外研究状况

1.2.1国外焊接变形控制研究概况

1.2.2焊接变形控制在国内的研究现状

1.3热—弹塑性有限元分析理论

1.3.1焊接温度场

1.3.2焊接应力场分析

1.3.3热弹塑性问题的求解

1.4SolidWorks软件在数值模拟中的应用

1.5本文的主要研究内容

第2章SS4G电力机车构架侧梁有限元模型的建立

2.1转向架构架及侧梁

2.1.1转向架构架的作用和要求

2.1.2转向架构架组成

2.2侧梁的组成结构与载荷分布

2.2.1转向架构架侧梁的结构

2.2.2侧梁受载荷情况

2.3SS4G机车侧梁有限元模型的建立

2.3.1侧梁结构参数

2.3.2侧梁有限元实体模型的建立

2.4SS4G机车侧梁模型参数设定

2.5本章小结

第3章SS4G电力机车转向架侧梁焊接变形的计算

3.1焊接温度场的计算

3.2焊接应力、应变、位移计算

3.3不同焊接顺序对焊接变形的影响

3.3.11号模型的计算

3.3.22号模型的计算

3.3.33号模型的计算

3.3.44号模型的计算

3.4四种模型计算结果的对比分析

3.5本章小结

第4章数值模拟结果验证及焊接顺序优化

4.1数值模拟结果验证

4.1.1实际焊接变形数据测量方法

4.1.2模拟结果与实测数据比较

4.2转向架构架侧梁焊接工艺的优化

4.2.1构架及侧梁焊接工艺

4.2.2侧梁焊接顺序优化

4.3本章小结

结论

参考文献

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致谢

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