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《大连交通大学》 2005年
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箱型结构焊接变形预测、控制及应用

崔晓芳  
【摘要】:箱型焊接结构梁广泛应用于各种工程结构领域。像其它焊接结构一样,在焊接过程中由于急剧地非平衡加热及冷却,箱型结构梁构件将不可避免地产生不可忽视的焊接残余变形。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。而焊后变形矫正,既不经济又严重伤害其工作可靠性,因此,科学地、定量地预测焊接变形规律,并在此基础上给予最优控制,这不仅对箱型焊接构件自身,而且对其它焊接构件的完整性设计和制造工艺方法的选择以及运行中的安全评定具有重要的理论价值与工程意义。 在对国内外关于焊接变形研究现状综述的基础上,采用由浅入深的研究策略,以由箱型梁结构构成的高速电力机车转向架构架及组件为应用对象,分别从解析理论上、数值模拟上、实测验证上、优化焊接顺序实现上,进行了一系列深入研究,归纳起来,本文的研究工作及研究成果主要有: 首先,在详细地分析了经典的焊缝收缩力计算法之后,将其理解为有限元模型中的一种加载模式,从而将焊缝收缩力法与有限元法有机结合,形成了一个从整体上快速估算焊接变形的简便方法。基于这种方法,以SS_(7E)型电力机车转向架构架箱型变截面侧梁为应用对象,创建了有限元求解模型。为验证这种方法的适用性,用实测手段获得了焊后变形实测数据,并将其与这一方法的计算结果进行比较,发现二者变形规律吻合得很好。接着,将上述研究成果推广用于结构更为复杂,焊缝更多,结构可靠性要求更高的高速动力车转向架构架上。在这一阶段上,分别研究了由箱型梁构成的构架及各合件,最后,获得了构架总体焊后变形规律及影响焊接变形量的主要工艺因素。 由于基于焊缝收缩力的有限元法不能解决每条焊缝的独立影响问题,又以热弹塑性理论为基础,提出了另一个新的技术路线,即基于热—机耦合算法创建热弹塑性仿真模型。这既是当今该领域的一个热点,也是一个研究难点。为了避免计算仿真模型过于庞大、计算效率低下等问题,在创建该类数值仿真模型中,抓其主要矛盾,采用了一系列新的对策,例如:单元死活对策、网格自适应对策、分段热源对策、并行计算对策等,从而使数值仿真领域中最复杂的焊接过程仿真得以实践于真正的工程问题。 为将本文研究工程适用化,针对建模难点,提出了一系列建模对策,将力学边界条件,热边界条件,初始边界条件,几何边界及材料特性等予以规范。在模型规范之后,仍以高速动力车构架箱型侧梁为应用对象,分别进行了焊接顺序、焊接热输入量、拘束条件以及内部结构的研究,获得了焊接顺序、热输入量、拘束条件以及内部结构等对焊接变形的影响规律,为箱型类结构焊接变形控制提供了极其重要的数值依据。 上述工作,尤其是基于热弹塑性的仿真模型的提出及技术实现,为焊接顺序优化创造了实现的必要条件。考虑到焊接顺序优化的特殊性,难以创建基于敏度分析或求导数的优化模型,因此,本文采用了不求导数的遗传算法。提出将热—机耦合非线性数值仿真技术嵌入到遗传算法中,考虑焊接全过程的焊接顺序优化问题终于得到了明显地进展。一个具有代表性的箱型梁焊接顺序优化证明了这一技术路线具有重要的工程应用前景。
【学位授予单位】:大连交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TG401

【引证文献】
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1 马思群;铁路机车车辆虚拟样机管理及支撑技术研究[D];大连交通大学;2007年
2 赵利华;机车构架侧梁焊接数值仿真与变形控制[D];西南交通大学;2012年
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2 何冬梅;摊铺机支撑梁制造工艺的研究与应用[D];吉林大学;2011年
3 王成强;200km/h高速动车组焊接构架侧梁焊接顺序优化研究[D];大连交通大学;2007年
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【参考文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 马思群;铁路机车车辆虚拟样机管理及支撑技术研究[D];大连交通大学;2007年
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【共引文献】
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1 许春停;李萍;薛克敏;周明智;;筒形件滚珠旋压的模拟分析[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
2 齐继阳;竺长安;曾议;;基于遗传禁忌混合搜索算法的设备布局研究[A];2004“安徽制造业发展”博士科技论坛论文集[C];2004年
3 朱大喜;靳伟亮;沈楠楠;闵祥军;汪彬;;钻井船高强度齿条焊接工艺及质量控制[A];'2011全国钢结构学术年会论文集[C];2011年
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6 程远林;李茂军;;基于小生境遗传算法的配电网电容器优化配置[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 姜明辉;袁绪川;;基于GA优化的个人信用评估SVM模型[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 张志华;王莉;刘洪;;最大化网络广告收入的投放决策[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
9 赵瑞艳;李树荣;张晓东;苗荣;;基于混合遗传算法的热传导系统最优控制问题求解[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 王清;宋年年;王佳庆;姚菁;;优化自抗扰控制器在主汽温控制系统中的应用[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
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1 李佳;载人潜器阻力性能的数值和试验预报及外形优化研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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4 陆满君;通信辐射源个体识别与参数估计[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 李晚龙;六自由度Stewart平台分散智能控制研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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7 张选利;柔性注压锚杆锚固特性研究[D];辽宁工程技术大学;2010年
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10 王德广;金属粉末高致密化成形及其数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年
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1 万成;动态环境下的元胞遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
2 张学武;基于磁控技术的TIG焊残余应力的研究[D];南昌航空大学;2010年
3 李坤;参数参与进化的自适应遗传算法研究[D];南昌航空大学;2010年
4 梁素芳;TIG焊CAPP系统研究[D];南昌航空大学;2010年
5 吴香庭;基于遗传算法的K-means聚类方法的研究[D];山东科技大学;2010年
6 马水松;多目标遗传算法与非支配集的构造研究[D];山东科技大学;2010年
7 李臻;城市公交车辆智能调度优化研究[D];山东科技大学;2010年
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10 施晓坤;煤炭企业人才结构优化[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
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5 张吉春;中国网通大连宽带城域网一期工程的规划设计与实现[D];大连理工大学;2002年
6 徐家园;复杂构件三维焊接过程虚拟分析技术研究[D];广西大学;2003年
7 刘书暖;支持ASP应用的CAPP系统体系架构及其关键技术研究[D];西北工业大学;2003年
8 陈圣磊;基于CORBA/Web的产品信息管理模式研究[D];南京理工大学;2003年
9 阳小光;汽车产品的网络化CAE支持系统的研制[D];重庆大学;2003年
10 王长利;焊接温度场和应力场的数值模拟[D];沈阳工业大学;2005年
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1 吴振;王发展;安高灵;刘太平;李珍;郑建校;;基于热循环曲线的分段移动组合型焊接热源研究[J];热加工工艺;2015年11期
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1 赵利华;机车构架侧梁焊接数值仿真与变形控制[D];西南交通大学;2012年
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2 高海龙;体育场罩棚焊接应力与温差变形的有限元分析[D];内蒙古科技大学;2011年
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4 张桃;基于有限元法的推铲焊接残余应力的分析[D];苏州大学;2011年
5 沈国民;桥式起重机预拱曲线的节能设计研究[D];南京理工大学;2012年
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【二级参考文献】
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8 黄健康;卢立晖;吴晓亮;石玗;樊丁;;基于视觉方法的焊接变形测量研究[A];第十五次全国焊接学术会议论文集[C];2010年
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1 崔晓芳;箱型结构焊接变形预测、控制及应用[D];大连交通大学;2005年
2 李娅娜;焊接变形预测与控制的数值方法研究及工程应用[D];大连交通大学;2010年
3 蔡志鹏;大型结构焊接变形数值模拟的研究与应用[D];清华大学;2001年
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5 侯志刚;薄板结构焊接变形的预测与控制[D];华中科技大学;2005年
6 周广涛;双向预置应力控制铝合金薄板焊接变形与热裂纹研究[D];哈尔滨工业大学;2009年
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4 张超;基于强化散热的焊接变形预测与控制[D];中国海洋大学;2012年
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7 熊炬之;摩托车车架焊接变形的控制[D];湖南大学;2008年
8 田昕;面向焊接顺序优化的焊接变形仿真技术基础研究[D];南京航空航天大学;2009年
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10 刘云;相变和焊接顺序对正交异性钢桥面板焊接变形的影响研究[D];燕山大学;2013年
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