别克轿车副车架焊接变形有限元分析-材料加工工程专业毕业论文.docx

I:海交通研究生学位论文 第一章 绪论
第一章绪论
l,1背景和目的以汽车焊接部件为应用对象,研究为适应21世纪先进制造技术发展要求的焊接先进制造技
术基础之一——焊接过程数值解析与软件开发等虚拟技术。
当今计算机的性能已经大大提高和普及,计算机技术以超乎常人想象的速度,给工程、科学以至人类社会带来急剧的革命性变化。以虚拟样机模拟为代表的计算机辅助工程(CAE)即为这一技术革命在工程分析、设计中的具体表现,可以用来模拟各种复杂现象的再现。CAE在产品开发、研制及设计中显示出的无与伦比的优越性使其成为现代化工业企业在日趋激烈的竞争中取胜的一个重要条件。CAE可以有效地缩短新产品的开发与研究周期,对于提高产品的竞争力起着至关重要的作用。发达国家中,产品成本的80%是由研究发展过程决定的,同时这~过程决定整个产品从研制到推入市场的70%的时间。CAE的应用既可以加快研究速度又可以大幅度降低成本,在未来的产品研发中将成为最重要的主角。。特别是在上海,目前己经成为国民经济的重要支柱产业。随着世界经济一体化进程的加快和我国即将参加世贸组织,国内汽车市场的竞争将日趋激烈,制造质量成为决定生产力的主要因素。例如美国通过为期3年的提高车体制造质量的“2mm”工程,使其车体和底盘制造达到了世界先进水平。然而从整体上看,目前我国轿车的制造质量,特别是轿车车体和底盘的制造精度等,明显低于先进国家的水平,这就严重制约了产品的市场竞争力。
轿车焊接的地盘件主要包括副车架和下摇臂等。其中副车架是轿车底盘前桥的一个重要组成部分,主要用作发动机,变速箱的支承,对刚度和制造精度具有较高的要求。副车架为上海重型汽车厂的主要产品,既是桑塔纳轿车也是上海通用别克轿车的配套产品。副车架形状复杂. 其冲焊工艺受到压机,材料,焊装工艺,焊接顺序,工艺参数等多因素的影响。目前在生产过程中出现的主要问题是由于焊接变形造成尺寸质量的不稳定,有时造成焊接后尺寸超差等情况。因此一些关键控制尺寸明显低于国外的先进水平。而且一旦超差则难以矫正,造成产品报废, 增加了成本,,就成为保证整个产品质量的一个关键。汽车底盘件高精度焊接工程化预测系统研究对推进中国先进制造技术发展具有重要意义。
焊接变形的预测和控制一直是焊接工程中的一个难题,国内外至今尚无一个成熟的方法。生产中的焊接变形过去大多凭经验,其规律往往难以掌握和控制11,2]。近年来国内外采用热弹塑性有限元法来分析焊接变形取得了一定的成功。但是这种方法需要大容量的计算机和很长的运算时间,对于较复杂的三维焊接结构,即使可能也是很不经济的。上海交通大学焊接工程研究所开发的预测焊接变形的残余塑变有限元法与国外的所谓固有应变法原理相同,但更具实用性。其优点是可以通过较少的计算解决大型复杂结构的焊接变形问题。具有很强的生命力。

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(1) 建立在实验和统计基础上的经验曲线与公式
(2) 基于一维解析的残余塑变法(简称解析法)
(3) 热弹塑性有限元方法
(4) 残余塑变有限元方法(固有应变法)
上海交通研究生学位论文第一章绪论
这里对这几种方法作一简介,并重点介绍在本课题中应用的残余塑变有限元法。 ”
目前在一些焊接手册上有一些焊接变形的经验公式和数据。例如焊缝纵向收缩量,焊缝横向收缩量,平板堆焊以及T型接头的角变形等。这些经验数据是在一定条件下的实验或生产实际中得到的,而且只是一些最简单的情况。它们存在相当的局限性,实际参考时应给予注意。
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对了解焊接应力与变形产生的原理和本质有重要的贡献。基于该理论提出了以残余塑变来计算焊接变形的方法。【4j。然而由于该方法是建立在平截面假定及其它一系列简化假定的基础上,要定量分析一些较复杂构件的焊接应力与变形是十分困难的。
以残余塑变来计算焊接变形的解析方法,仅适合于简单的梁或平板等结构的焊接变形分析。然而由于该方法是建立在平截面假定及其它一系列简化假定的基础上,要解决较复杂一些构件焊接应力与变形的定量分析是十分圃难的。
焊接变形可分为纵向变形和横向变形,设它们分别由纵向和横向残余塑变引起。
一梁的单位纵向变形图。如果已知单位长度上纵向残余塑变《的总和(又称纵向收缩单位体积)
%,则有
吸=R枷(1-1)
A=暇/F (1-2)
C