轨道车辆型材搅拌摩擦焊残余状态研究

作     者：王忠旭 

作者单位：大连交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：高月华;刘其鹏;高阳

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 

主      题：搅拌摩擦焊 温度场 铝型材 残余应力 残余变形 

摘      要：随着轨道交通装备行业的快速发展,大量铝型材被应用到轨道车辆上。由于铝型材熔点低及结构复杂等特点,传统焊接后的焊缝存在一定缺陷。搅拌摩擦焊作为一种固相连接技术,相比传统焊接有很大优势,尤其适合铝合金等材质的焊接。近年来,搅拌摩擦焊开始在轨道车辆铝型材焊接中被逐渐采用。因此,研究轨道车辆铝型材搅拌摩擦的焊后残余应力及残余变形,对搅拌摩擦焊在实际工程中的应用是十分必要的。本文研究了搅拌摩擦焊数值仿真的几个关键问题,并通过数值仿真对轨道车辆的型材结构进行了焊后残余状态的深入探论,主要内容如下:分析了搅拌摩擦焊的温度场,并基于温度场分析结果研究了数值模型尺寸的影响。在保证温度场变化规律合理的前提下,考虑不同的板厚以及转速,对温度场数值模型尺寸提出合理化建议。基于温度场分析,探究不同的网格划分对温度场的影响,并提出合理的网格划分方案。应用顺序热力耦合方法模拟计算铝合金平板对接焊的焊后残余应力及残余变形,验证了有限元模型的合理性和数值仿真方法的可行性。同时,探究了应力释放点约束选取、预热时间、轴肩与搅拌针产热分配及轴肩尺寸等因素对残余应力的影响,并讨论了不同材料模型下的残余应力分布特点。针对轨道车辆型材的连接特点以及型材内腔的结构特点,分别针对箱型、双V型及箱-V型三种不同型材连接结构建立了壁板上两道搭接焊缝的有限元模型,并依据实际情况确定了焊缝的焊接方案。考虑AL6005A-T6和AL6082-T6铝型材材料,应用顺序热力耦合方法模拟计算了三种型材连接结构的焊后残余状态。对比分析了不同材料情况下三种型材连接结构的残余应力变化规律及残余变形,并讨论了筋板对残余应力及残余变形的影响。对双V型型材连接结构,建立了筋板夹角为60°、90°及120°三种情况下的型材连接结构有限元模型。考虑AL6005A-T6铝型材材料,应用顺序热力耦合方法模拟计算其焊后残余状态,探讨了不同筋板夹角对焊后残余应力和残余变形的影响。