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AV轴流压缩机焊接机壳关键焊缝应力和变形分析

作　者: 王莹
导　师: 张敏
学　校: 西安理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 多道焊有限元分析温度场应力场
分类号: TG457
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 24次
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内容摘要

在我国鼓风机行业的发展中，传统机壳的制造大多数采用铸造方法来生产，随着机壳的大型化，焊接方式生产已越来越受到重视。本文以AV112轴流机壳的焊接变形、残余应力为出发点，采用数值模拟和试验研究的方法，对厚板对接和T型接头多道焊的残余应力和变形进行了深入的讨论，以期为大型鼓风机机壳焊接制造过程中残余应力的消除和变形控制提供指导。首先，本文采用数值模拟的方法，对厚板焊接接头的残余应力和变形进行了分析。结果表明，在垂直焊缝方向上，纵向残余应力由焊缝中心的拉应力迅速向远离焊缝的压应力过渡。横向残余应力与纵向残余应力相比，其变化的趋势是一致的，但其应力的峰值比纵向残余应力小得多，且在距离焊缝中心的部位应力会有剧烈振荡。从变形场的计算结果来看，无论是对接接头还是T型接头，其残余变形都表现为角变形，对接接头的焊接变形比T型接头更严重，其变形最大量可以达到30mm左右，而T型接头仅能达到8mm左右。为了验证模拟结果的可靠性，用盲孔法对焊接表面的残余应力进行了测试，测试结果与模拟结果基本吻合，说明数值计算的方法可为工程应用提供重要参考。其次，焊接残余应力和变形的存在会直接影响到结构的承载能力。为了保证焊接结构的安全可靠，本文用热处理法对焊接残余应力进行了消除，此方法达到了很好的效果，也为大型构件残余应力消除工艺提供了解决的途径。焊接残余变形是影响结构设计完整性、制造工艺合理性和结构使用可靠性的关键因素。为了防止焊接变形对加工制造、装配等产生不利影响，结合本文变形的有限元模拟结果，建议采用反变形法进行控制。最后，有限元计算结果与实际测试结果表明，实际工程中可以采用热弹塑性法对温度场和应力场进行分析，而变形则应采用固有应变法进行分析。其原因是，热弹塑性分析法可以得到焊接过程中任意时刻的温度、应力、应变的分布及其变化情况，从而可以对焊接过程有更深入的了解，有助于对焊接过程进行有效控制。而固有应变法除具有只需进行一次弹性分析，计算过程非常简便的优点外，对焊接变形的计算来说，其值也具有更高的准确度。

AV轴流压缩机焊接机壳关键焊缝应力和变形分析

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