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提速列车转向架中焊接缺陷的力学行为分析

作　者: 吴会超
导　师: 马莉英
学　校: 大连交通大学
专　业: 工程力学
关键词: 焊接接头气孔裂纹应力集中系数 J积分值转向架
分类号: U270.33
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着焊接结构在高速列车转向架中的广泛应用，由焊接缺陷导致发生焊接事故的问题，已经成为工程设计中的一个重要课题。因此了解转向架中典型焊接接头中出现的缺陷类型和力学性质，掌握这些缺陷对结构强度的影响程度，具有重要的实际意义。计算机技术的发展使得数值模拟技术己成为焊接研究领域的一个新方法。本文在有限元理论的基础上，研究了各种焊接缺陷的力学行为。采用弹塑性有限元软件(ANSYS9.0)得到了气孔、裂纹的形态和几何因素对焊接接头中气孔应力集中系数以及裂纹尖端J积分值的影响。从数值分析的结果可以看出，这些因素的改变对气孔应力集中系数和裂纹尖端J积分值都有不同程度的影响。通过这一系列的数值计算，得到了许多对工程应用具有实用价值的结论，从而为进一步研究焊接缺陷对接头的力学性能分析提供了一定的理论基础。最后本文以CW-200转向架的构架为背景，重点分析了裂纹这种典型表面或内部缺陷。利用ANSYS中的壳到体子模型技术，得到不同类型和大小的裂纹缺陷对结构的应力应变影响曲线。根据影响曲线得知：裂纹缺陷对构架的结构强度有很大的影响，它大大降低了转向架构架的使用寿命。因此加强焊接工艺和质量管理避免出现各种焊接缺陷，成为保证转向架安全运行的关键。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-5
目录  5-7
绪论  7-13
  1 选题的研究背景与意义  7-8
  2 国内外焊接缺陷问题研究现状  8-11
  3 本文研究的内容及意义  11-13
第一章转向架结构焊缝中常见的缺陷及其成因  13-18
  1.1 转向架焊缝缺陷的类型及其特点  13-17
    1.1.1 未焊透  13
    1.1.2 未熔合  13-14
    1.1.3 夹渣  14
    1.1.4 夹杂  14-15
    1.1.5 气孔  15-16
    1.1.6 焊接裂纹  16-17
  本章小结  17-18
第二章有限元分析的基本原理  18-28
  2.1 弹塑性增量的应力应变关系  18-19
  2.2 塑性力学的基本法则  19-22
    2.2.1 初始屈服条件  19-20
    2.2.2 流动法则  20-21
    2.2.3 硬化法则  21-22
  2.3 弹塑性增量有限元分析  22-23
    2.3.1 弹塑性问题的增量方程  22-23
    2.3.2 增量有限元格式  23
  2.4 本文所选用的有限元计算软件介绍  23-24
  2.5 ANSYS软件进行弹塑性有限元计算的几个要点  24-27
    2.5.1 几何模型的创建  24-25
    2.5.2 材料性能数据  25
    2.5.3 单元类型的确定以及划分有限元网格  25
    2.5.4 收敛准则  25
    2.5.5 屈服准则  25-26
    2.5.6 施加载荷并求解  26-27
    2.5.7 查看结果  27
  本章小结  27-28
第三章含有缺陷焊接接头的弹塑性有限元分析  28-57
  3.1 非裂纹型缺陷的有限元分析  28-41
    3.1.1 引言  28-29
    3.1.2 有限元分析模型及验证  29-33
    3.1.3 数值模拟结果分析  33-41
  3.2 类裂纹缺陷有限元分析  41-55
    3.2.1 引言  41-42
    3.2.2 算例分析与验证  42-43
    3.2.3 分析的问题  43-44
    3.2.4 材料参数的选取  44
    3.2.5 网格的划分  44
    3.2.6 数值结果与分析  44-55
  本章小结  55-57
第四章考虑焊接缺陷情况下转向架构架的有限元分析  57-67
  4.1 构架有限元模型的建立  57-58
  4.2 边界条件的确定  58-60
    4.2.1 构架的约束条件  59
    4.2.2 载荷的施加  59-60
  4.3 数值结果分析  60-66
    4.3.1 构架静强度的评定  60-62
    4.3.2 子模型的应力应变分析  62-65
    4.3.3 含缺陷结构的强度评价方法  65-66
  本章小结  66-67
结论  67-69
参考文献  69-71
攻读硕士学位期间发表的学术论文  71-72
致谢  72

提速列车转向架中焊接缺陷的力学行为分析

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