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动力机车转向架焊接变形预测系统研究

张三磊  
【摘要】: 动力机车转向架是动力机车的基础结构,也是最重要的承载焊接结构,一般由前端梁、后端梁和侧梁等总装而成。转向架各组成梁的焊接变形决定了加工面的位置精度,将直接影响转向架结构的形位精度和产品质量。在生产过程中,必须控制组成梁的焊接残余变形,以保证转向架的加工面符合设计要求。否则,组成梁焊接残余变形超出设计尺寸要求,就要采取火焰或者机械的方法矫正,这样不但增加加工成本,延长生产周期,而且还可能恶化残余应力的分布状态[1][2]。 通过选择最佳的焊接工艺措施,例如施加焊接变形补偿余量、调整焊接温度场以及采用合理的工装夹具,是控制焊接变形的最有效的方法[3]。而焊接变形预测则是获得最佳的焊接工艺方案的前提。预测所得有关数据可供焊接工艺设计时选择和预留变形量,以确保构架的焊接精度和质量[4][5]。 焊接结构尤其是大型复杂焊接结构的焊接变形预测是非常复杂的问题,基于固有应变理论,采用弹性板单元有限元法预测焊接变形是目前采用较多的近似计算方法[6][7]。由上海交通大学和日本大阪大学共同开发的固有应变法焊接变形预测软件WSDP(Welding Structure Deformation Prediction),是目前进行焊接变形预测的有力工具。 本文首先阐述了焊接过程模拟的一般方法和原理,包括热弹塑性有限元法和固有应变法;然后阐述基于固有应变法的WSDP软件实现焊接过程模拟的一般原理和过程;在此基础上,建立了动力机车转向架的专用固有应变数据库,并根据焊接变形规律已比较清晰的量产的型号JD-4型动力机车的焊接变形规律,对该固有应变数据库进行修正;利用这个专用的固有应变数据库对新型的六轴式动力机车转向架进行焊接变形的数值模拟;最后,对新型六轴式动力机车转向架进行试制,得到实测数据,对比实测数据和WSDP模拟预测结果,对WSDP的预测计算精度进行评估。本研究所获得的焊接变形预测数据,为确定预留焊接变形余量的下料尺寸及焊接工艺设计提供理论依据。 通过以上工作,基本研究清楚了新型动力机车转向架的焊接变形规律,并且验证了焊接变形专用预测软件WSDP的可靠性。


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