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CCB支架焊接数值模拟及焊缝的设计优化

罗智超  
【摘要】: 随着汽车市场竞争越来越激烈,对整车制造成本要求也越来越高,局部构件焊缝过长也制约着成本的节约。本文针对当前汽车横梁支架焊缝总体长度及其焊接工艺,运用ANSYS与HYPERMESH软件对横梁支架温度场、残余应力场以及工作应力场进行了模拟计算,并在模拟计算与试验结果的基础上对横梁焊缝进行了优化。 使用HYPERMESH软件对横梁支架整体进行建模,并将其分割成各个小部分,对每一小模型分别进行计算,本文主要取大小管模型作为研究对象。对横梁支架大小管焊时温度场的计算结果表明,圆管搭接接头采用断续焊焊接方式之后,在相邻两条焊缝之间出现了两个峰值点,即存在循环加热现象。在整件焊接时,测得横梁整件焊缝间隔时间和关键焊缝的焊时温度场分布,并将其与计算结果进行对比,两者基本吻合。 基于ANSYS间接耦合法对大小管残余应力场分布的计算结果和测量试验表明,在厚度方向上即大小管径向残余应力较小,通过对焊缝与母材交截面上所取结果显示,在焊缝长度方向上残余应力分布比较平稳,而在焊缝的两端由于存在循环加热和受热不均匀使得残余应力有突变。 针对支架焊缝优化要求,设计了大小管拉伸试验,模拟其在实际工作中所承受的工作应力,并测得其拉断力。利用线性计算对大小管所承受工作应力和残余应力进行耦合,计算结果与拉伸试验基本一致。在模拟计算的基础上建立了焊缝质量评价体系,确定了评判焊缝承载性能的重要判据N,并将支架焊缝分为三类,对各类焊缝分别确定了焊缝安全系数范围。对整件不同焊缝进行合成应力计算,并比较各长度下的安全系数,结果表明当焊缝总长度在1200mm时较为适合。


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