收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2006年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

水轮机转轮焊接残余应力调控措施的虚拟优化

姬书得  
【摘要】: 针对大型焊接结构进行试验研究存在着周期长与耗资大的缺点,提出了虚拟焊接的概念。在利用相似理论建立实际构件与模拟件之间焊接残余应力对应关系的基础上,采用数值模拟的方法对混流式水轮机转轮的焊接工艺进行了优化,使叶片危险区域附近产生了焊接残余压应力,达到了预期的效果。因此,本课题的研究具有着重要的理论意义与实际工程意义。 为了能顺利的对混流式水轮机转轮的焊接工艺进行优化,本文首先从多道焊、分段焊、多层焊与多个接头等四个角度分别讨论了焊接顺序对T形接头焊接残余应力场的影响。得到了如下规律:在多道焊过程中,相邻焊道之间采用首尾相接的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的;分段焊不仅可以增加焊缝低应力的区域,合理的焊接顺序与方向可以有效的降低焊缝某区域的应力峰值;在多层焊的过程中,采用对称施焊的方法得到的焊接残余拉应力峰值是最小的;在多个接头焊接结构的焊接过程中,尽量保证多个接头同时施焊,以确保尽可能地降低结构整体的残余拉应力峰值,这对于大型结构更是如此。 对于大型焊接结构来说,单元数量大与增量步多是数值模拟过程中的两大难题。本文引入串状带热源的概念,推导出了适合于任意焊缝宽度的串状带热源模型的表达式,解决了大型结构焊接过程中增量步多的问题,使具有规则形状焊缝的大结构焊件的焊接应力场的定量分析成为可能。 在利用π定理以及相似定数法推导出在温度场完全相似的条件下模型和实际构件对应位置的残余应变关系式的前提下,利用焊接热传导理论和虚拟模拟件的概念,建立了实用的大型构件和模拟件对应位置的焊接残余应力对应关系。此关系不仅可以指导模拟件的试验研究来降低试验研究的周期与成本,还可以克服大型焊接结构在数值模拟过程中单元数量庞大的缺点,使大型结构焊接过程的数值模拟成为可能。 在验证转轮模拟件与转轮实体模型的叶片危险区域焊接残余应力对应关系正确性的基础上,在解决焊接热源沿任意空间路径移动的加载问题、转轮各部分之间的热传导问题以及转轮焊缝填丝过程的前提下,对转轮的焊接工艺从多层焊、分段焊、局部加热以及局部锤击四个方面进行了优化。结果表明:在多层焊的过程中,采用对称施焊的方法得到的叶片出水边的残余拉应力的峰值是最小的;采用先焊两端后焊中间的方法可以降低叶片危险区域的焊接残余拉应力峰值,降低效果与叶片出水边焊段长度、焊缝各段的焊接方向有关;局部加热法降低转轮危险区域残余应力的效果主要与加热时间、加热温度以及加热面积成正比,与冷却面积成反比,并且危险区域的残余应力随加热位置的增大呈先降低后升高的趋势。对局部锤击法的研究发现,局部锤击法可以起到降低锤击部位的焊接残余拉应力的作用。当锤击部位的温度接近或超过材料本身的塑性温度时,锤击效果非常明显;当锤击温度比较低时,效果不明显。 在利用平板试验得到分段焊与局部加热合理工艺参数的前提下,从分段焊、局部加热与局部锤击等多种工艺方案的角度对转轮的焊接残余应力场进行了调节与控制,使叶片出水边危险区域附近产生了较大的残余压应力,且转轮整体的残余应力水平低于转轮材料屈服极限(550MPa)的三分之一。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2006
【分类号】:TG404

手机知网App
【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 高嘉爽;基于Agent及FEA的焊接加工过程协同设计系统研究[D];哈尔滨工业大学;2009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
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 褚元召;基于MARC的典型焊接结构件残余应力预测及应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 刘晓苗;特殊形状贯穿件焊接残余应力和疲劳分析[D];哈尔滨工程大学;2009年
3 张跃;水轮机转轮T型接头焊接残余应力模拟及优化[D];西南交通大学;2010年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 阎启;热镀锌钢板点焊工艺研究[J];宝钢技术;2000年05期
2 周永华,陆皓,陈俊梅,魏良武,陈玉;挖掘机下车架主件顶环面焊接变形的位置度研究[J];电焊机;2003年12期
3 杨丽,薛伟;水轮机转轮异种钢焊接接头组织性能研究[J];大电机技术;2001年05期
4 薛伟,陈昭运;水轮机叶片裂纹原因及预防措施研究[J];大电机技术;2002年05期
5 陶德圣;二次整体回火处理混流式水轮机转轮叶片裂纹[J];大电机技术;1994年01期
6 谢雷,谢志勇,罗宇,帅克刚;基于固有应变的机车顶盖焊接变形的预测[J];电力机车与城轨车辆;2003年06期
7 孙春方;混流式水轮机转轮裂纹扩展探讨[J];动力工程;2002年03期
8 黄振峰,温洁明,沈炜良;混流式水轮机转轮叶片残余应力测试[J];广西工学院学报;1999年01期
9 沈炜良,张建斌,宋咏春;水轮机转轮的有限元计算及裂纹分析[J];广西大学学报(自然科学版);2000年03期
10 顾福明,高进强,钟国柱,田锡唐;大型法兰拼焊中平面度的控制[J];焊接;1997年02期
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 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
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李健,焦向东;高压钨极氩弧焊焊接电弧行为数值模拟的研究现状与发展[J];北京石油化工学院学报;2005年02期
2 程钟卉;;利用声发射测试断裂能[J];才智;2011年01期
3 李鸿,任慧龙,曾骥;预测船体分段焊接变形方法概述[J];船舶工程;2005年05期
4 王建勋;初冠南;于昌利;王国学;桂洪斌;;船舶与海洋工程中的焊接变形预测方法研究[J];船舶工程;2011年S2期
5 孙文婷;万正权;;对接焊残余应力的有限元分析[J];船舶力学;2007年01期
6 刘玉君;李艳君;;T型焊接结构的角变形控制(英文)[J];船舶力学;2007年06期
7 徐琳;严仁军;;角焊缝角变形产生机制的研究[J];船舶力学;2008年01期
8 蒋治;一种水轮机应变检测仪的设计[J];传感器技术;2004年05期
9 辛欣;游雄;刘芳;赵晓亮;;分布式虚拟地理环境中时间同步问题研究[J];测绘工程;2010年01期
10 董志波;魏艳红;刘仁培;董祖珏;;不锈钢焊接凝固裂纹的三维数值模拟[J];材料科学与工艺;2006年04期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 房灵申;赵明扬;徐志刚;;激光拼焊生产线规划设计及应用[A];第二届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2006年
2 刘晓雪;佟维;;基于Marc的三维焊接计算模型讨论[A];第五届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2009年
3 魏艳红;占小红;董志波;徐艳丽;马瑞;;体视学及图像技术在焊接过程数值模拟中的应用[A];第十一届中国体视学与图像分析学术会议论文集[C];2006年
4 丁文斌;刘维;张姝妍;王东坡;邓彩艳;方总涛;;厚板多层多道焊接温度场的数值模拟与分析[A];'2009全国钢结构学术年会论文集[C];2009年
5 常荣辉;苏杭;倪家强;;T型接头焊接应力应变数值模拟分析[A];2011航空试验测试技术学术交流会论文集[C];2010年
6 黄嗣罗;张建勋;薛勇;陈宗强;;三维瞬态管道全位置焊温度场和应力场数值模拟[A];第三届全国管道技术学术会议压力管道技术研究进展精选集[C];2006年
7 张勇;贺有旭;马铁军;谢红霞;杨思乾;;全自动空调压缩机塞焊机控制系统[A];陕西省焊接学术会议论文集[C];2008年
8 黄源芳;刘洁;;浅淡对原型水轮机的研究方法[A];第十六次中国水电设备学术讨论会论文集[C];2007年
9 刘文华;马丽敏;刘彤晏;;三维CAD软件在毕业设计中的应用[A];第十五届全国图学教育研讨会暨第七届工程制图CAI课件演示交流会论文集[C];2006年
10 董志波;魏艳红;刘仁培;董祖珏;;厚板不锈钢凝固裂纹驱动力的三维数值模拟[A];第十一次全国焊接会议论文集(第2册)[C];2005年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王文标;基于视觉测量的快速再制造成形系统关键技术研究[D];大连海事大学;2010年
2 张鹏;双相钢电阻点焊性能特征与焊接机理研究[D];华中科技大学;2010年
3 王春林;旋流自吸泵设计及内部流动研究[D];江苏大学;2010年
4 袁志军;球管焊接数值模拟及焊接残余应力影响因素研究[D];南昌大学;2010年
5 曾芳;大型滑履磨机结构分析及焊接工艺研究[D];武汉理工大学;2010年
6 张文志;开采沉陷预计参数与角量参数综合分析的相似理论法研究[D];河南理工大学;2011年
7 曹建;超超临界机组用T/P92异种钢焊接接头结构与性能的研究[D];复旦大学;2011年
8 卢耀辉;铁道客车转向架焊接构架疲劳可靠性研究[D];西南交通大学;2011年
9 贾剑平;旋转电弧GMAW焊接热过程数值模拟及焊缝成形质量研究[D];南昌大学;2011年
10 李亚娟;X80管线钢焊接性模拟及其裂纹预测[D];天津大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 褚元召;基于MARC的典型焊接结构件残余应力预测及应用[D];哈尔滨工程大学;2009年
2 蒋志凯;基于残余应力场分析的焊接钢结构疲劳强度预测理论研究[D];长沙理工大学;2010年
3 孙轲;GEO-PRO CIMS系统在广东中远船务的应用研究[D];华南理工大学;2011年
4 王立;高强度桥梁钢Q460q焊接性能研究[D];长春工业大学;2010年
5 闫宗宝;AP1000核电蒸汽发生器管子与管板胀/焊过程模拟与接头性能研究[D];华东理工大学;2011年
6 周凝华;大型列管式固定床反应器管板与反应管焊接技术研究[D];华东理工大学;2010年
7 何轩;基于Simulink的全桥逆变弧焊电源的建模与仿真[D];昆明理工大学;2010年
8 杨圣辉;混流式水轮机长短叶片转轮流固耦合分析[D];昆明理工大学;2010年
9 张雯;有色金属浇铸系统研究[D];昆明理工大学;2009年
10 吉沐园;薄不锈钢板激光焊接变形分析及控制[D];江南大学;2011年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 李鸿;任慧龙;;船体分段焊接变形仿真[J];船舶工程;2006年05期
2 刘玉君;李艳君;;确定焊接反变形的数值模拟及规律分析[J];船舶力学;2008年02期
3 曹振宁;武传松;吴林;;TIG焊接熔池表面变形对流场与热场的影响[J];金属科学与工艺;1992年Z1期
4 田锡唐,杨愉平,张忠;随焊激冷防止焊接热裂纹新方法的研究[J];材料科学与工艺;1994年01期
5 项前,张悦;弹性反变形法的研究[J];电焊机;2004年02期
6 王元良,戴虹,陈辉;现代焊接工程在制造业中的作用及其发展[J];电焊机;2004年11期
7 高云涛;张敬军;付廷勤;;刘家峡水电厂1#水轮机转轮叶片裂纹分析[J];大电机技术;2007年02期
8 陶德圣;二次整体回火处理混流式水轮机转轮叶片裂纹[J];大电机技术;1994年01期
9 马贵兴,尹继红,刘秀杰;大型水轮机用ZG0Cr13Ni5Mo不锈钢的性能研究[J];大电机技术;1997年03期
10 张泽云;杨鑫华;王春生;杨德惠;兆文忠;;构架焊接热源的仿真与应用[J];大连交通大学学报;2008年05期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 王振波;混凝土温度损伤模型研究[D];河海大学;2001年
2 钱仲焱;复杂结构协同优化理论、方法及技术的研究[D];浙江大学;2001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
4 李菊;钛合金低应力无变形焊接过程机理研究[D];北京工业大学;2004年
5 薛彩军;结构静动态协同优化设计的若干关键问题研究[D];浙江大学;2003年
6 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
7 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
8 李鸿;基于固有应变的船体分段焊接变形预测[D];哈尔滨工程大学;2006年
9 卿晓霞;基于Multi-Agent的分布式污水处理智能化系统研究[D];重庆大学;2007年
10 曾钦志;基于Multi-Agent的林产品配送中心建模与仿真[D];南京林业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 邓爱民;混凝土损伤行为特性研究[D];河海大学;2001年
2 李冬林;焊接应力和变形的数值模拟研究[D];武汉理工大学;2003年
3 王洪刚;虚拟数控机床仿真系统的研究[D];浙江大学;2004年
4 梁晓燕;中厚板多道焊焊接过程中温度场和应力场的三维数值模拟[D];华中科技大学;2004年
5 刘兴龙;锤击消除焊接应力的数值模拟[D];山东大学;2005年
6 罗双双;大型水轮机转轮焊接残余应力热弹塑性有限元分析[D];西南交通大学;2006年
7 李凌;中厚板焊接温度场及应力场数值计算[D];天津大学;2006年
8 施连章;大型滑履磨机焊接残余应力测试试验研究[D];武汉理工大学;2007年
9 李义;钢结构焊接残余应力分析[D];武汉理工大学;2007年
10 程书力;基于温度和应力场的焊接残余应力数值分析[D];南昌大学;2007年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 冯超;韩俊杰;张红伟;刘浩;;基于Marc和遗传算法的焊接工艺参数优化[J];北京交通大学学报;2012年04期
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 孙志明;中厚板焊接有限元数值模拟及其参数优化[D];北京交通大学;2011年
2 刘文;焊接残余应力对LNG船液舱舱壁疲劳寿命的影响[D];大连理工大学;2011年
3 陈永红;高速列车铝合金车体侧墙残余应力与变形数值模拟[D];西南交通大学;2012年
4 赵士成;考虑温度记忆效应的形状记忆合金热力学本构模型[D];哈尔滨工程大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 田锡唐,顾福明,高进强;圆柱壳体与法兰对接环形焊缝的焊接变形规律研究[J];材料科学与工艺;1996年03期
2 唐超;;大直径法兰拼焊变形的防止[J];电焊机;1991年01期
3 刘新民;混流式水轮机转轮强度有限元法计算[J];大电机技术;1981年05期
4 樊丁,陈剑虹;CCT图的计算机辅助推定模型及程序系统[J];甘肃工业大学学报;1995年04期
5 汪建华,楼松年,戚新海,吴鲁海;陶瓷金属扩散焊接的残余应力及其缓和措施[J];硅酸盐学报;1995年06期
6 董俊慧,霍立兴,张玉凤;低碳钢管道焊接残余应力有限元分析[J];焊接;2000年12期
7 唐慕尧,丁士亮,孟繁森;焊接过程力学行为的数值研究方法[J];焊接学报;1988年03期
8 关桥,郭德伦,李从卿;低应力无变形焊接新技术——薄板构件的LSND焊接法[J];焊接学报;1990年04期
9 魏艳红,刘仁培,董祖珏;不锈钢焊接凝固裂纹温度场的数值模拟[J];焊接学报;1999年03期
10 刘仁培,董祖珏,魏艳红;不锈钢焊接凝固裂纹应力应变场数值模拟模型的建立[J];焊接学报;1999年04期
中国重要会议论文全文数据库 前2条
1 刘仁培;董祖珏;魏艳红;;焊接凝固裂纹数值模拟前处理系统[A];第十次全国焊接会议论文集(第1册)[C];2001年
2 汪建华;;焊接力学数值模拟的发展及其工程应用[A];第十次全国焊接会议论文集(第2册)[C];2001年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 姬书得;张利国;方洪渊;刘雪松;;局部加热法影响转轮焊接残余应力的试验分析[J];焊接学报;2007年04期
2 姬书得;张利国;方洪渊;刘雪松;;局部加热冷却法对水轮机转轮焊接残余应力场的影响[J];焊接学报;2007年02期
3 杨树春;;焊接残余应力变形与矫正法[J];水利电力机械;1982年03期
4 张晖;;浅谈车间制造构件焊接应力和变形及矫正处理[J];经营管理者;2009年08期
5 陈松;;马氏体不锈钢转轮焊接工艺[J];焊接技术;2009年03期
6 ;应力应变、疲劳与脆断、断裂力学[J];机械制造文摘(焊接分册);2009年03期
7 周鹏生;;立式圆筒形钢制储罐防变形措施浅析[J];科技风;2010年04期
8 陈维波;;爆炸法消除金属焊接残余应力[J];爆破器材;1985年04期
9 ;应力应变、疲劳与脆断、断裂力学[J];机械制造文摘(焊接分册);2010年02期
10 范潇;李京龙;杨晓君;冯涛;;大型混流式水轮机焊接残余应力分布的研究[J];热加工工艺;2009年01期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 章正茂;;焊接残余应力对构件的影响及控制措施[A];全国焊接工程创优活动经验交流会论文集[C];2011年
2 潘娟娟;骆勇;马占鸿;;小麦受条锈病菌侵染叶片的早期Real-Time PCR检测方法研究[A];粮食安全与植保科技创新[C];2009年
3 许红云;陈丽娟;;云南稻种资源的香型分类及叶片和精米香味的相关分析[A];云南省作物学会2000—2003年优秀论文选集[C];2004年
4 黄太平;;涡轮叶片细微冷却通道周边区域应力分析[A];福建省科协第三届学术年会装备制造业专题学术年会论文集[C];2003年
5 程坤;崔磊;杨丽梅;方智远;刘玉梅;庄木;张扬勇;;甘蓝几个材料的光合生理生化指标及其叶片超微结构的比较[A];庆祝中国园艺学会创建80周年暨第11次全国会员代表大会论文摘要集[C];2009年
6 陈发兴;刘星辉;陈立松;陈秀萍;;枇杷叶片有机酸组分分析[A];中国园艺学会第十届会员代表大会暨学术讨论会论文集[C];2005年
7 张惠玲;刘新忠;郭记迎;贾中伏;崔惠英;张惠娟;;绿宝石梨枝、叶、果生长动态研究[A];全国第四届梨科研、生产与产业化学术研讨会论文集[C];2005年
8 杨德琴;刘建国;陈筑;张燕;马欣荣;吴家媛;张剑;关薇薇;;转基因生菜叶片转化体系的优化[A];2007年第七次全国牙体牙髓病学学术会议论文集[C];2007年
9 彭黎明;;烤烟烟梗中某些香味成分的分析研究[A];中国烟草学会2006年学术年会论文集[C];2007年
10 韩天龙;阮中健;陈赤囡;亓宝生;;烟气轮机叶片断裂原因分析[A];2007年中国机械工程学会年会论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 范尚荣;焊接应力对杆件影响的控制和消除[N];建筑时报;2006年
2 本报记者 李瞧 收集整理;中材科技签下15亿元叶片合同[N];中国工业报;2009年
3 姜华;盐城汉德风电首支2兆瓦叶片试产成功[N];中国建材报;2009年
4 青文;风电叶片市场或生变局[N];中国建材报;2010年
5 范凯;中国科学院获准建立国家级风电叶片检测中心[N];中国建材报;2010年
6 林双华 潘文鹏;南日风电“巨无霸”叶片启吊[N];福建日报;2005年
7 周林伟 记者 宋莉;750kW风力发电机叶片研发成功[N];科技日报;2005年
8 本报记者 徐锐;中材科技3亿元投建风电叶片项目[N];上海证券报;2008年
9 天相投资 肖世俊;天奇股份签订竹制风电叶片供货合同[N];中国证券报;2009年
10 本报记者 李松战 通讯员 贾宏虎;国内最大风电叶片将在洛诞生[N];洛阳日报;2009年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 姬书得;水轮机转轮焊接残余应力调控措施的虚拟优化[D];哈尔滨工业大学;2006年
2 袁志军;球管焊接数值模拟及焊接残余应力影响因素研究[D];南昌大学;2010年
3 马志勇;大型风电叶片结构设计方法研究[D];华北电力大学(北京);2011年
4 温嘉斌;基于电涡流的电缆偏心在线测量研究[D];哈尔滨理工大学;2005年
5 王文利;风力作用下桅杆结构拉耳焊接节点板裂纹萌生疲劳寿命的评估[D];武汉理工大学;2012年
6 肖深根;温室番茄干物质优化分配与苗期生长模拟研究[D];湖南农业大学;2004年
7 王三德;水下复杂弹性壳体的相似性研究[D];哈尔滨工程大学;2005年
8 崔永兰;石蒜属植物cDNA文库构建与表达序列标签(EST)分析[D];南京林业大学;2004年
9 曹艳平;几种新的低阶单元及一种系统的焊接残余应力场构造方法[D];清华大学;2002年
10 王娜;枣体细胞胚胎发生及倍性种质创新[D];河北农业大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 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
2 张跃;水轮机转轮T型接头焊接残余应力模拟及优化[D];西南交通大学;2010年
3 罗白璐;交变载荷下厚板表面焊接残余应力的松弛研究[D];武汉理工大学;2010年
4 何辉;焊接残余应力超声波检测装置的研制[D];哈尔滨工业大学;2010年
5 梁君亮;钢结构自熔焊焊接残余应力数值模拟研究[D];合肥工业大学;2010年
6 高卫军;基于“位移差”法焊接残余应力的超声测量研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
7 杨常群;消除16MnR焊接残余应力的研究[D];吉林大学;2012年
8 何浩;斜拉桥锚拉板焊接残余应力的数值分析[D];湖北工业大学;2012年
9 彭桂蒸;大面积薄钢板焊接残余应力的性能分析与试验研究[D];青岛理工大学;2010年
10 郭云飞;海洋平台用高强钢复杂节点焊接残余应力预测[D];江苏科技大学;2012年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026