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点焊构件焊点布置的优化设计

作　者: 祁建
导　师: 谢里阳
学　校: 东北大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 有限元点焊焊点间距焊点直径搭接长度焊点布置静强度
分类号: TG441.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

点焊技术作为薄板构件连接的主要方式,以其生产效率高、操作简单、易实现机械自动化的优点而被广泛应用。汽车的车身结构通常是由数千甚至上万个点焊焊点连接构成的一个完整的承载结构,在生产流水线上,因设计或工艺造成焊点布置不合理,将导致无用焊点数目的增加,而每增加一个无用焊点成本将增加3万美元。从力学角度来说,焊点周围有着较严重的应力集中,疲劳裂纹容易形成和扩展。所以对点焊接头的强度进行研究具有重要的意义。车身覆盖件通常都是由多点焊连接,焊接构件截面形状多样,但是焊接区多是两板重叠在一起的平面结构。本文选择两薄板搭接点焊试件为研究对象。在有限元分析计算时,焊点采用刚性梁单元模拟。本文研究内容包括以下几个方面：(1)根据自行设计的搭接构件尺寸,在ANSYS中建立几何模型,赋予几何模型板壳单元属性,建立以梁单元表示的焊点单元,完成焊接结构的有限元分析模型。(2)两薄板通过一个焊点相连,建立不同焊点直径的模型,研究焊点大小对构件静强度的影响规律。(3)建立不同搭接长度的点焊模型,研究搭接长度对焊接构件的影响。(4)根据自行设计尺寸建立薄板模型,以从少到多的顺序分别定义若干个均匀分布的焊点,研究焊点间距对焊接构件强度的影响。(5)根据尺寸建立薄板模型,从少到多建立若干排均匀布置的焊点,研究焊点排数对构件强度的影响。(6)考察若干种焊点数固定,布置形式不同的构件,研究焊点布置形式对焊接构件的强度影响。(7)将上述各种情况,用焊接件上最大应力与各种影响因素之一两个变量在MATLAB中进行曲线拟合,曲线直观的表达出在相同载荷下焊接构件的最大应力随不同影响因素的变化规律。最后,总结本论文研究工作的主要结论,并对后续值得深入研究的工作进行了探讨。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-11
第1章绪论  11-17
  1.1 选题的背景和依据  11
  1.2 国内外研究进展  11-15
    1.2.1 点焊及其发展方向  11-14
    1.2.2 国内外点焊试件研究进展  14-15
    1.2.3 静强度问题研究进展  15
  1.3 课题的主要工作和研究内容  15-16
  1.4 论文研究的意义和实际应用价值  16-17
第2章结构件分析理论基础  17-35
  2.1 有限元基本原理和方法  17-21
    2.1.1 有限元基本原理  17-18
    2.1.2 有限元基本方法和典型分析步骤  18-21
  2.2 接触理论分析  21-25
    2.2.1 接触问题分类  22-23
    2.2.2 接触问题的有限单元法原理  23-25
  2.3 ANSYS软件概述  25-34
    2.3.1 ANSYS的结构静力分析概况  27-31
    2.3.2 ANSYS的结构静力分析模块简介  31-32
    2.3.3 ANSYS的接触分析模块简介  32-34
  2.4 本章小结  34-35
第3章本文研究方法与点焊构件有限元建模  35-41
  3.1 本文的主要研究方法  35-36
  3.2 点焊搭接构件的几何建模  36-37
  3.3 点焊搭接构件的有限元建模  37-40
    3.3.1 材料的选择和点焊构件主要尺寸的确定  37-39
    3.3.2 焊点的有限元模型  39-40
    3.3.3 搭接构件的有限元模型  40
  3.4 本章小结  40-41
第4章对焊接结构静强度影响因素的研究  41-58
  4.1 焊接结构强度分析的边界条件、计算工况的确定  41-42
  4.2 焊点大小对焊接结构静强度的影响  42-46
  4.3 焊点间距对焊接结构静强度的影响  46-50
  4.4 搭接长度对焊接结构静强度的影响  50-53
  4.5 焊点排数对焊接结构静强度的影响  53-56
  4.6 本章小结  56-58
第5章不同焊点布置方式对焊接结构强度的影响研究  58-71
  5.1 焊点布置方案  58
  5.2 几种情况下的不同焊点布置形式对焊接结构的影响  58-70
    5.2.1 三个焊点不同布置形式的静强度计算  58-61
    5.2.2 四个焊点不同布置形式的静强度计算  61-64
    5.2.3 五个焊点不同布置形式的静强度计算  64-70
  5.3 本章小结  70-71
第6章结论与展望  71-73
  6.1 结论  71-72
  6.2 研究展望  72-73
参考文献  73-76
致谢  76

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