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高速列车铝合金车体侧墙残余应力与变形数值模拟

陈永红  
【摘要】:随着我国高速铁路的快速发展,高速列车的速度不断的提升,高速列车的生产质量要求也相应的提高。焊接作为高速列车生产的重要手段,焊接残余应力和残余变形一直是生产过程面临的难题,焊接残余变形不仅会影响列车外形的美观,而且会导致车体装配尺寸出现偏差;焊接残余应力对列车的疲劳强度有较大的影响。因此,掌握铝合金焊接残余应力和残余变形规律可以为设计、生产提供帮助。 CRH2新一代高速列车车体结构,采用薄壁筒形的整体承载式轻量化铝合金型材结构材料,其材料采用A5083P-O、A6N01S-T5和A7N01S-T4、A7N05S-T5等系列铝合金,车体结构由底架、端墙、侧墙、车顶等组成。本文使用SYSWELD对其中的侧墙部分进行模拟仿真,侧墙为超薄大型中空铝型材的拼焊结构,使用的型号A6N01S-T5的铝合金,焊接方法主要采用MIG焊。首先根据侧墙结构形式,拟定了侧墙上焊缝所需的4种焊接接头,并在此基础上,采用高斯双椭球热源模型在SYSWELD软件对这些热源进行了仿真与校核。以此热源校核为基础,使用SYSWELD对侧墙的局部和整体进行模拟,分析侧墙结构在现有工艺下焊接残余应力的大小和分布规律,并将结果与实际测试结果进行对比,可知计算值和测试值都有良好一致性;在此前提下研究焊接顺序和焊接线能量对残余应力分布、大小的影响,得到结论:1、工艺参数不允许范围内焊接线能量增大残余应力减小;2、对称焊接时焊接残余应力最小。 再用SYSWELD软件中PAM-ASSEMBLY模块使用“局部—整体”法对侧墙的焊接变形进行模拟计算,分析焊接变形大小,以及侧墙变形规律;在此基础上研究焊接顺序、焊接线能量、约束等参数对侧墙残余变形的影响;不同焊接顺序下焊接变形变化很大,采用对称焊的时候变性最小;同时焊接变形随着线能量的增大而增大;施加约束能使侧墙整体的焊接变形减小,并且变得规整。


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