挖掘机动臂焊接残余应力与变形规律数值模拟研究-机械工程专业论文.docx

挖掘机动臂焊接残余应力与变形规律数值模拟研究专业：机械工程硕士生：吴振指导教师：王发展教授摘要动臂是挖掘机的主要焊接结构件，在焊接过程中由于剧烈的非均匀加热和冷却，势必产生不可忽略的残余变形和残余应力。焊接残余应力和残余变形严重影响着结构设计的准确性和结构可靠性。因此，科学、系统、定量的预测进而控制残余变形和残余应力就显得尤为重要。本文基于分段化思想，建立了以焊缝等效温度为控制参数的分段移动温控型体热源模型，并利用Q345B 平板对接焊模型对其进行模拟验证。同时，以计算时间、计算精度为基准，基于不同网格尺寸，对分段移动温控型热源、逐点移动双椭球体热源、分段移动双椭球体热源三种热源模型的计算效率进行对比分析。结果表明，本文提出的分段移动温控型体热源模型所获得的残余应力和变形与逐点移动双椭球体热源模拟结果趋势一致，其计算精度与分段移动双椭球体热源相当，但计算效率更高，在复杂结构件上的使用效果更突出。建立了以热循环曲线为控制参数的分段移动温控式组合型热源模型，以熔池横截面形貌特征为研究对象，分别对逐点移动组合型热源、分段移动组合型热源(常量型)、分段移动组合型热源(变量型)以及分段移动温控式组合型热源进行模拟计算，对获得的横截面温度场进行比较分析。结果表明，采用分段移动温控式组合型热源模拟计算获得的焊缝横截面熔池几何形态与物理实验所获得的熔池几何形态比较接近，相较于其他热源模型计算效率更高。采用以热循环曲线为控制参数的分段移动温控式组合型热源模型作为焊接热源，利用一系列加速收敛、减少增量步数等技术，在保证高精度的前提下，高效的完成了挖掘机动臂热弹塑性有限元分析，预测了两种焊接方案下的挖掘机动臂残余应力和残余变形，并与实际测量值进行比较分析。结果表明，两种方案下关键尺寸的位移曲线存在较大差异，但残余变形量相似，残余变形在垂直方向呈收缩，水平方向前侧拉伸、后侧压缩，整体存在翘曲现象，与测量结果十分吻合。两方案下的获得的残余应力分布规律近似相同，但方案二下获得的危险应力带面积更小，应力峰值更小，整体应力梯度较小。关键词：动臂；分段移动温控型体热源模型；分段移动温控式组合型热源模型；残余变形；残余应力论文类型：应用研究Numericalsimulation of weldingresidualstressand deformationoftheexcavatorboomSpecialty:MechanicalEngineeringName:WuZhenInstructor:Prof.WangFazhanAbstractBoomisamajorexcavatorweldedstructure,severenon-uniformheatingandcoolingwillproduceresidualdeformationandresidualstress, whichisnotnegligible,intheweldingprocess.Weldingresidualstressanddeformationseriouslyaffecttheaccuracyofthestructuraldesignandstructurereasonablereliability.Therefore,scientific,systematicandquantitativepredictionandcontrolofresidualdeformationandresidualstressisparticularlyimportant.Basedonthesectionaltheory,thesegmentedmovingtemperature-controlledvolumeheatsourcemodelwasproposedbyusingweldequivalenttemperatureascontrolvariables,anditwasverifiedthroughQ345Bflatbuttweldingsimulationmodel.Withcalculationtimeandaccuracyasareference,basedondifferentmeshsizes,computingefficiencywascomparedofthethreekindsofheatsourcemodelsincludingthesegmentedmovingtemperature-controlledheatsourcemodel,thedoubleellipsoidheatsourcemodelandthesegmentedmovingdoubleellipsoidheatsourcemodel. Theresultsshownthatthetrendofres