基于ANSYS软件对焊接件振动时效的仿真及实验研究

摘要

振动时效技术是一种高效节能的时效方法,凭借着自身的特点,在制造业中,得到广泛的应用。尤其是在焊接与铸造中,其应用范围最为普遍,从实际生产得知,使用该方法也能很好的消除工件的残余应力,稳定其尺寸,给工件的在加工以及装配提供了良好的平台,在很大程度上减少了劳动量,节约了生产成本。结合实际情况,通过查阅相关的中英文文献,与桂林市合众国际有限公司合作,采取理论与实际相结合的方式,采用ANSYS软件对工件进行数值模拟,以确定关键工艺参数的选取,然后通过实验的方法来验证所确定的参数的可行性,并在一定程度上验证采用振动时效消除残余应力的方法的可行性。
　　第一、阐述了振动时效技术在国内外的研究发展情况,有限元技术的基本理论,对ANSYS软件做了详细的介绍。之后,提出本文的主要研究内容。
　　第二、对残余应力的起因、影响、测量方法及消除方法进行了介绍,着重对焊接残余应力进行了讲述。从宏观与微观角度出发,对振动时效技术的一些理论以及关键工艺参数进行了探讨。同时,介绍了焊接温度场以及应力场的一些基本理论。为之后的模拟仿真以及实验分析奠定了良好的基础。
　　第三、利用ANSYS软件进行了热结构—耦合分析。其中包括,实体模型的建立和导入,单元类型和材料性能参数的确定,网格划分等。之后,对温度场的计算结果进行了分析;最后,对模型进行了热应力求解计算,得出应力分布云图,并对其进行了分析。
　　第四、采用ANSYS软件中的模态和谐响应分析模块,对该模型进行分析。通过对比不同阶次下的振型来确定振动时效的激振频率;通过对比同一激振频率下不同的支撑位置接件底座的变形情况,来确定支撑点及拾振点的位置;进而在此基础上对模型施加不同的压力,并结合GB/T25712-2010分析出焊接底座的激振力范围。
　　第五、对焊接底座进行了振动时效分析,以及对振动时效设备的简介,采用盲孔法对焊接底座的在振动前后的残余应力进行了测量,并对测量结果进行了对比分析,得出焊接件的残余应力下降了20％左右,对之后的生产提供一定的生产指导作用。

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第一章 绪论

§1.1 振动时效技术的研究背景

§1.2 振动时效技术的应用现状及其特点

§1.3 有限元的基本理论与ANSYS软件介绍

§1.4 本文研究的主要内容

第二章 残余应力的产生和振动时效的机理

§2.1 残余应力的简介

§2.2 振动时效技术的理论基础

§2.3 振动时效技术工艺参数的选择

§2.4 焊接温度场、应力场的理论基础

§2.5本章小结

第三章 焊接底座的数值仿真

§3.1 ANSYS热结构-耦合分析的简介

§3.2 实体模型的建立和导入

§3.3 温度场求解计算

§3.4 应力场求解计算

§3.5本章小结

第四章 焊接底座的模态与谐响应分析

§4.1 模态分析

§4.2 谐响应分析

§4.3 本章小结

第五章：振动时效的实验分析

§5.1：实验装置的组成

§5.2 试验分析过程

§5.3 本章小结

第六章 结论与展望

§6.1 结论

§6.2展望

参考文献

致谢