大型硫化机底座焊接应力与变形行为研究

摘要

某橡胶机械厂生产的大型硫化机在焊接完成后,其结构中存在残余应力和变形,严重地影响了硫化机的强度。为了改善硫化机的焊接质量,本文首先以中厚板T形接头为分析对象,综合考虑焊接坡口形式以及焊接顺序这两个因素,采用有限元模拟和运用焊接机器人进行焊接验证相结合的方法,进行焊接坡口形式和焊接顺序的优化研究,旨在得到较低的焊件残余应力和较小的焊接变形量的焊接工艺方案。在分析T形接头单个焊缝的焊接工艺的基础上,进行硫化机底座主要结构的焊接顺序优化的模拟研究,为实际焊接提供理论指导。本文主要工作如下:　　(1)建立了板厚为30 mm的不开坡口形式的T形接头的三维有限元模型。基于有限元软件,模拟了不开坡口形式下的7种不同的焊接顺序方案,对比分析数值模拟结果之后,获得了不开坡口形式T形接头的最优焊接顺序方案。　　(2)建立了30 mm厚的单边V形坡口形式T形接头的三维有限元模型。基于有限元软件,模拟了单边V形坡口形式下的8种不同焊接顺序方案,对比分析数值模拟结果之后,获得了单边V形坡口形式T形接头的最优焊接顺序方案。　　(3)在采用数值模拟方法获得了两种不同坡口形式的最优焊接顺序方案的基础上,采用焊接机器人进行焊接验证,将得到的模拟结果与机器人实际焊接结果进行对比,验证了T形接头多道焊焊接过程数值模拟的可行性,为研究大型焊接结构的变形及控制打下基础。　　(4)在研究单个焊缝的基础上,建立了硫化机底座的主要焊接结构的壳单元模型,考虑了焊接过程中的约束条件,模拟了整体结构的焊接顺序对硫化机的变形的影响。得出了硫化机主要焊接结构的最优焊接方案。

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第一章 绪论

§1.1 引言

§1.2 焊接过程值模拟的研究历史与现状分析

§1.3 本课题创新点及主要研究内容

§1.4 本章小结

第二章 焊接过程有限元分析理论

§2.1 有限元分析方法简介

§2.2 焊接温度场的基本理论

§2.3 焊接应力和变形分析的基本理论

§2.4 本章小结

第三章 中厚板T形接头有限元模型的建立

§3.1 中厚板T形接头的有限元模型处理

§3.2 热源模型

§3.3 材料特性

§3.4 约束条件

§3.5 本章小结

第四章 中厚板T形接头焊接顺序及坡口形式的模拟研究

§4.1 不开坡口形式的T形接头焊接顺序的模拟研究

§4.2 单边V形坡口形式T形接头焊接顺序的模拟研究

§4.3 本章小结

第五章 中厚板T形接头优化方案的焊接实验及结果分析

§5.1 实验设备

§5.2 不开坡口形式的T形接头优化方案的实验验证

§5.3 单边V形坡口形式T形接头优化方案的实验验证

§5.4 本章小结

第六章 大型硫化机底座焊接变形的预测研究

§6.1硫化机底座有限元模型的建立

§6.2硫化机底座焊接顺序的模拟研究

§6.3 本章小结

第七章结论

参考文献

攻读硕士学位期间的研究成果

致谢