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高速列车铝合金车体焊接构件残余应力数值模拟

作　者: 洪晓祥
导　师: 陈鹏
学　校: 西南交通大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 材料数据库焊接残余应力温度场铝合金车体应力场计算
分类号: TG404
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着我国高速铁路的快速发展,高速列车的速度不断的提升,高速列车的生产质量要求也相应的提高。焊接作为高速列车生产的重要手段,焊接残余应力和残余变形一直是生产过程面临的难题,焊接残余变形不仅会影响列车外形的美观,而且会导致车体装配尺寸出现偏差；焊接残余应力对列车的疲劳强度有较大的影响。因此,掌握铝合金焊接残余应力和残余变形规律可以为设计、生产提供帮助。本文使用SYSWELD有限元软件,对某型号的高速列车铝合金车体进行焊接模拟。铝合金车体是由底架、侧墙、车顶等结构组成,使用的材料为A5083P-O、A6N01 S-T5、A7N01S-T4、A7N01S-T5。.在进行焊接模拟过程中,需要提供四种材料的性能参数,如果通过实验测试材料性能参数,所需要的成本较高。因此,本文使用JMatPro4.1软件对四种材料进行计算,并利用获得的不同温度下材料参数建立铝合金材料数据库。通过对铝合金车体构件温度场模拟,获得焊接过程中热量的变化规律及构件经历的热循环曲线,为应力场分析提供依据。利用SYSWELD软件对铝合金车体构件在现有焊接工艺下进行应力场模拟,结合实际测试结果分析焊接残余应力的分布规律。计算结果显示铝合金焊接残余应力的最大值出现在焊缝及近缝区,大小为材料屈服强度的0.6-0.8。改变焊接顺序和约束载荷,分析两者对应力场的影响。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-10
第1章绪论  10-14
  1.1 我国动车组的发展状况  11
  1.2 焊接模拟的发展及应用  11-12
  1.3 课题背景、目的、内容  12-14
第2章焊接残余应力  14-23
  2.1 焊接残余应力对结构的影响  14-17
    2.1.1 对构件刚度的影响  15
    2.1.2 对构件静强度的影响  15-16
    2.1.3 对构件疲劳强度的影响  16
    2.1.4 对机械加工精度的影响  16-17
    2.1.5 对构件应力腐蚀开裂的影响  17
  2.2 焊接残余应力的分析理论  17-19
  2.3 焊接残余应力的测量  19-21
  2.4 焊接残余应力的控制与消除  21-23
第3章材料数据库建立  23-36
  3.1 JMatPro软件介绍  24-26
  3.2 材料计算方法验证  26-28
  3.3 材料数据建立  28-34
  3.4 建立材料数据库小结  34-36
第4章焊接温度场模拟  36-47
  4.1 焊接温度场理论  36
  4.2 热源模型的调整  36-43
    4.2.1 热源模型的发展  37-39
    4.2.2 热源调整  39-43
  4.3 焊接温度场  43-47
第5章焊接应力场计算  47-63
  5.1 标准接头应力计算及验证  47-50
  5.2 铝合金车体焊接应力场模拟  50-63
    5.2.1 铝合金构件焊接应力场计算结果  50-54
    5.2.2 局部构件计算结果分析  54-58
    5.2.3 不同焊接顺序应力场计算结果分析  58-60
    5.2.4 载荷约束下的应力场模拟  60-63
结论  63-64
致谢  64-65
参考文献  65-68
攻读硕士期间发表的学术论文  68

高速列车铝合金车体焊接构件残余应力数值模拟

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