液压支架立柱缸体焊接变形分析与结构改进

作     者：李成龙 

作者单位：辽宁工程技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：何凡

授予年度：2014年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：支架立柱 ANSYS 焊接温度场 残余应力 焊接变形 

摘      要：立柱是液压支架实现支撑和承载的主要部件,其质量的优劣直接关系到液压支架的载荷情况和工作性能。通过现场调研发现某液压支架立柱油缸焊接后底部变形,导致活柱收缩时无法落底的情况时有发生。由于缸底和缸筒是分开加工的部件,需要通过焊接的方式联接,所以对立柱缸体容易变形的部位——缸筒和缸底的焊接处进行焊接模拟。本文首先对立柱缸体焊接过程中温度场和应力场的基本理论进行了全面的阐述,利用Pro/E软件绘制出立柱缸体的三维图,在材料的物理性能参数方面加入了JMatPro软件的分析计算,提供了充足的理论依据。再运用ANSYS有限元分析软件对焊接过程产生的温度场进行数值模拟研究。在热源的施加方面,采用将热源对整条焊缝同时施加的方法,经过多次实验测试,这种方法同样可以模拟出焊接温度场和应力场的分布趋势,并且大大缩短了计算周期。然后采用热-结构耦合功能,利用间接耦合法,得出焊缝部位焊接残余应力的分布。通过分析不同时间点的残余应力和变形云图,得出立柱缸体上焊接残余应力的分布趋势与变形特点,分析结果与实际工况和理论数据相吻合。最后提出可以控制立柱缸体焊接变形的改进方法,为避免液压支架立柱缸体在工作过程中发生落不到底的情况,提供了解决办法。本文通过将工作现场中的实际问题与有限元分析的方法有效的结合,建立了可行的三维焊接温度场、运用了应力和变形的数值模拟分析方法,促进了有限元分析软件在机械工程领域中的实际应用。