欧美国产伦久久久久久久

<acronym id="cqmsy"></acronym>
<acronym id="cqmsy"><center id="cqmsy"></center></acronym>

24小時論文定制熱線

咨詢電話

熱門畢設:土木工程工程造價橋梁工程計算機javaasp機械機械手夾具單片機工廠供電采礦工程
您當前的位置:論文定制 > 畢業設計論文 >
快速導航
畢業論文定制
關于我們
我們是一家專業提供高質量代做畢業設計的網站。2002年成立至今為眾多客戶提供大量畢業設計、論文定制等服務,贏得眾多客戶好評,因為專注,所以專業。寫作老師大部分由全國211/958等高校的博士及碩士生設計,執筆,目前已為5000余位客戶解決了論文寫作的難題。 秉承以用戶為中心,為用戶創造價值的理念,我站擁有無縫對接的售后服務體系,代做畢業設計完成后有專業的老師進行一對一修改與完善,對有答辯需求的同學進行一對一的輔導,為你順利畢業保駕護航
代做畢業設計
常見問題

大型薄壁結構焊接變形的裝夾優化方案

添加時間:2020/07/23 來源:上海交通大學 作者:湯一博
建立大型薄壁結構的焊接仿真計算模型,考慮焊接裝配過程中裝夾約束對結構焊接變形的影響,揭示裝夾約束與結構剛度和焊接變形之間的關系,實現裝夾方案的優化設計,對提高航天產品的焊接效率和裝配質量具有重要意義。
以下為本篇論文正文:

摘 要

  大型薄壁結構由于強度高、質量輕等特點廣泛應用于航空航天產品的骨架,如火箭貯箱結構。在火箭貯箱裝配過程中,零件的連接通常采用攪拌摩擦焊工藝,由于薄壁結構的大柔性和幾何非線性的特點,焊接裝配過程中不同的裝夾約束會引起結構整體剛度的變化,進而影響焊后變形;隨著結構尺寸的逐漸增大,夾具約束對結構剛度影響非線性增大,裝夾約束與焊接變形之間的關系更加復雜,目前大型薄壁結構焊接裝配過程中裝夾約束的選取缺乏理論依據,主要通過經驗和焊后反復修配來保證精度。因此,建立大型薄壁結構的焊接仿真計算模型,考慮焊接裝配過程中裝夾約束對結構焊接變形的影響,揭示裝夾約束與結構剛度和焊接變形之間的關系,實現裝夾方案的優化設計,對提高航天產品的焊接效率和裝配質量具有重要意義。

  本文同時考慮焊縫區的邊緣效應和彈性區的約束作用,基于應力分區映射法建立不同裝夾約束下的大型薄壁結構焊接變形精確預測模型;建立焊接變形有限元模型,研究裝夾約束對結構剛度及焊接變形的影響規律;以單個零件在裝夾狀態下的應變能最小為優化目標,結合有限元和離散粒子群優化算法建立裝夾方案優化模型,為不同尺寸、不同構型的貯箱關鍵零件在實際焊接裝配過程中裝夾約束的選取提供理論指導,實現對焊接變形的控制。主要研究內容如下:

 。1) 考慮裝夾約束的大型薄壁結構焊接變形預測模型

  根據柔性結構裝配過程及焊接變形影響因素,定義焊接典型裝夾方案,基于彈性力學理論推導薄板結構的剛度分布,分析裝夾約束位置和幾何尺寸參數對薄板剛度的影響;采用應力分區映射方法,對局部模型施加焊接裝夾約束條件,進行熱力耦合分析得到焊縫區域的應力分量;建立局部焊縫和整體結構的應力分量映射關系,對整體模型進行一次彈性計算得到最終釋放夾具后的焊接變形。

 。2) 不同裝夾方案的大型薄板結構焊接變形分析

  基于應力分區映射法理論,建立大型薄壁結構焊接計算模型,采用ABAQUS 軟件進行數值仿真。計算不同裝夾約束條件下大型平板釋放夾具后的焊接變形變化規律。分別針對點約束和線約束裝夾方案,從裝夾約束位置和幾何尺寸兩個方面研究裝夾約束對大型薄壁結構的焊接變形變化規律,同時分析攪拌摩擦焊過程中進給速度和旋轉速度兩個工藝參數對裝夾約束效果和焊接變形的影響。針對不同裝夾約束下的大型薄壁結構焊接變形進行攪拌摩擦焊實驗,進一步驗證仿真計算的焊接變形變化規律。

 。3) 火箭貯箱大型薄壁結構裝夾方案優化設計

  在"N-2-1"定位原理基礎上,以單個零件在裝夾狀態下應變能最小為優化目標,結合 ABAQUS 有限元技術和離散粒子群算法,建立火箭貯箱關鍵零件的裝夾優化模型;采用有限元計算單個零件的整體應變能,MATLAB 編寫離散粒子群優化算法,對不同構型的大型薄壁結構的夾具約束位置進行尋優;分別采用優化前后的裝夾約束對貯箱壁板和瓜瓣進行焊接數值仿真計算,對比裝夾優化前后的焊接變形,驗證該優化方案的可行性。

  關鍵詞:裝夾約束,大型薄壁結構,焊接變形,數值模擬,裝夾方案優化

大型薄壁結構

ABSTRACT

  Large scale thin-walled structures are widely used in the skeleton of aerospace products due to their high strength and light weight, such as rocket storage tank. In the manufacturing assembly process, the joints of the parts are usually welded. Due to the large flexibility and geometric nonlinearity of the thin-walled structure, different clamping constraints have great influence on its overall stiffness of the structure, which further affect the welding deformation. When the size of structure increases, the influence of the fixture constraint on the stiffness of the structure increases nonlinearly, which makes the relationship between the clamping constraint and the welding deformation more complicated. At present, the selection of clamping constraint lacks the theory, mainly depends on experience and repeated repair after welding to ensure accuracy. Therefore, revealing the relationship between the clamping constraint and welding deformation and realizing the optimization of the clamping scheme are of great significance to improve the welding efficiency and assembly quality of aerospace products.

  In this paper, by considering the edge effect of the weld zone and the constraint of the elastic zone, the accurate welding calculation model of large scale thin-walled structure under different clamping constraints is established based on the three-dimensional stress mapping method. The model is used to study the influence of clamping constraints on structural stiffness and welding deformation. Optimization of clamping scheme for structures with various configurations is conducted using FEM method and the BPSO algorithm, which provides theoretical guidance for the selection of the clamping constraints of rocket tank during the actual welding assembly process. It is very important for improving the welding quality. The main research contents are as follows:

 。1) Welding model of large-scale thin-walled structure considering the influence of clamping constraints

  According to the assembly process and the typical clamping scheme, the stiffness distribution of the thin plate structure is derived based on the theory of elastic mechanics, and the influence of the clamping position and size parameters of the structure on the stiffness of the thin plate are analyzed. The stress partition mapping method is proposed to establish an accurate model on the prediction of welding deformation. Different clamping schemes are applied to local model, and the mapping relationship of stress components between the local model and the global structure is established. Finally, the welding deformation after releasing clamping is obtained.

 。2) Analysis of welding deformation of large-scale thin plate under different clamping schemes

  Based on the theory of stress partition mapping method, finite element model of large scale thin-walled structure is established, and ABAQUS software is used for numerical simulation. The effects of clamping constraints, welding parameters and part dimension on the welding deformation of large thin-walled structures are investigated by numerical simulation. The influence of constraints in different schemes on welding deformation is different. The impact of different size parameters on deformation is different.

 。3) Optimization design of clamping scheme for large thin-wall structure of rocket storage tank

  Combined with the characteristics of welding and clamping, based on the "N-2-1" positioning principle, the minimum strain energy of a single part in the state of being clamped is optimal target function. Combined with ABAQUS finite element technology and binary particle swarm optimization, the optimization model of key parts for rocket tank is established. The finite element is used to calculate the overall strain energy of a single part, and the BPSO is programmed by MATLAB to optimize the fixture constraint position of large scale thin-walled structures with different geometries. The welding deformations under clamping restraints before and after optimization for the different geometries of rocket tank are compared to verify the feasibility of the optimization scheme.

  KEY WORDS: clamping constraint, large thin-walled structure, welding deformation, numerical simulation, fixture scheme optimization

目錄

  第一章 緒論

  1.1 研究背景及意義

  21 世紀以來,隨著人類科學技術的迅猛發展,"載人航天"與"探測月球"等人類航天活動日益頻繁,新一代運載火箭的不斷發展和進步大大提高了我國航天科技水平[1]-[4].隨著空間資源開發需求的不斷增長,市場競爭日益激烈以及火箭運載需求的提高,火箭產品的尺寸不斷增大,同時為了減輕產品質量,對輕薄化的要求越來越高,導致結構的剛度變弱,在焊接裝配過程中極易產生較大的變形,進而影響焊接裝配質量;貯箱裝配過程中的主要連接技術為攪拌摩擦焊接工藝,焊接后的結構變形直接影響其制造尺寸精度,因此大型薄壁結構的焊接裝配尺寸精度控制面臨嚴峻的技術挑戰,需要發展針對大型薄壁結構的焊接精確計算模型來預測焊后變形,以保證產品質量。

  由于大型薄壁結構具有大尺度和弱剛性的特性,焊接過程中不同的裝夾約束條件會導致結構的整體剛度變化,進一步影響結構的焊接變形;隨著結構尺寸的逐漸增大,夾具約束對結構的剛度影響非線性增大,使得裝夾約束與焊接變形之間的關系更加復雜。目前對于大型薄壁結構焊接裝配過程中的裝夾約束方案的選取缺少理論依據,貯箱組件及整體的焊接裝配通常通過反復調試和修配來保證精度要求,導致產品生產周期長,效率低。選取適合的裝夾約束方案在一定程度上可以降低焊后變形,提高產品裝配精度,提高生產效率。因此,考慮大型薄壁結構的焊接裝配過程中裝夾約束對結構焊接變形的影響,揭示裝夾約束與結構剛度和焊接變形之間的關系,實現裝夾方案的優化設計,對提高航天產品的焊接裝配質量和效率具有重要意義。

  針對大型薄壁結構的焊接變形分析及裝夾優化設計,主要面臨以下幾個問題:

  結構尺寸大,傳統焊接數值仿真計算耗時長,對網格大小極其敏感,運算規模大難以收斂,固有應變法采用實驗測得的塑性應變的平均值,沿焊縫施加以計算焊接變形,規避了復雜的焊接過程,提高了計算效率,但是施加在焊縫區域的應變均勻分布,忽視了大型薄壁結構的剛度下降和幾何非線性對翹曲變形的影響;隨著薄壁結構尺寸的增加,剛度逐漸變弱,結構幾何非線性增強,裝夾約束對焊接變形的影響更加突出,并且缺少兩者之間的理論模型;針對裝夾優化設計,由于焊接過程復雜難收斂,目前的研究一般未涉及焊接過程。

  因此,針對大型薄壁結構焊接變形計算的高精度和高效率要求及裝夾方案優化設計的需要,從以下幾個方面解決上述問題:建立考慮約束的大型薄壁結構焊接數值仿真模型,精確高效地預測其焊接變形;考慮不同裝夾約束條件和工藝參數的影響,揭示裝夾約束對大型薄壁結構的剛度及焊接變形的影響規律;針對大型薄壁結構焊接裝夾約束的特點,建立影響焊接變形的裝夾方案優化模型,對火箭貯箱壁板和瓜瓣關鍵零件進行裝夾方案的優化設計,得到使焊接變形較小的最優裝夾方案。

  本論文研究得到以下科研項目的支持:

 。1) 國家重點基礎發展研究 973 計劃課題"新一代超大型運載火箭薄壁結構制造的科學問題"子課題"超大尺度薄壁結構裝配偏差控制與制造質量綜合評估",(課題編號:2014CB046605)。

 。2) 國家自然科學基金"超大薄壁結構裝配偏差場傳播的精確預測與偏差源診斷",(課題編號:51775345)。

  1.2 國內外研究現狀

  針對大型薄壁結構在不同裝夾約束下的焊接變形分析和裝夾方案優化設計的研究,主要從大型薄壁結構的焊接仿真建模、裝夾方案優化算法、焊接外拘束對焊接變形的影響和攪拌摩擦焊變形機理等四個方面對國內外研究現狀進行綜述,歸納分析相關研究成果,指出現有研究方法的不足之處,為研究大型薄壁結構焊接變形及裝夾優化問題提供依據。

  1.2.1 焊接外拘束對焊接變形影響的研究

  焊接過程中,焊縫附近存在較大的溫度梯度,焊后結構出現不同程度的殘余應力和變形,影響焊接結構的制造精度和使用性能。焊接大多放在工作臺、支撐架或地面上進行,支撐體和夾具的支撐和夾緊作用可以提高焊縫附近的局部剛度,進而控制焊接變形。然而不同的夾具拘束距離對大型薄壁結構焊縫處剛度的影響程度不同,導致最終焊接變形存在不同。航空航天結構具有尺寸大、厚度薄等特點,結構剛度較弱,尺寸精度直接影響其整機性能。因此,夾具約束位置和裝夾方案對被焊工件焊接變形有顯著影響,尤其對于大型薄壁結構的焊接變形影響更加明顯。針對不同尺寸的薄壁結構,合理選擇裝夾約束方案能夠有效減小焊接變形并提高焊接質量。因此,國內外諸多學者開始研究焊接過程中裝夾約束因素對焊接變形的影響。

  近年來,國內外很多學者針對焊縫長度較小的結構通過試驗和數值模擬方法來研究外部拘束對焊接變形和應力的影響。Sun[5]為了模擬自由焊接情況的外拘束,在對稱面上施加對稱邊界條件,并分別約束一個對稱面所有節點的 x 方向自由度,約束另一對稱面上所有節點的 y 方向自由度,并固定一個節點的 x,y 和 z 方向自由度。

  Ronda 等[6]針對尺寸為 80mm×40mm×12mm 兩個平板的對接焊進行研究,考慮夾具夾緊力、重力和摩擦力作用,將焊接件底部所有節點都施加位移約束,限制其三個方向的位移自由度來實現夾緊、重力、摩擦力和工作臺支撐力對焊接件的拘束,這種情況下焊接件底部在焊接過程中無任何位移,屬于過約束,焊縫區受熱膨脹和冷卻收縮的變化特征不能較好地反映出來。Pilipenko[7]除了在對稱面上施加對稱邊界條件,還在焊接起始位置焊縫底部一點固定 x 方向自由度,限制遠離焊縫平面上的兩個節點在 xy 平面上的移動。Cronje[8]進行了一系列焊接實驗,表明焊接件的不同夾緊約束方式對最終的焊接變形和塑性應變有較大的影響。Wahab 等[9]的焊接實驗表明在焊接過程中焊接件所受的外拘束力是動態變化的,不是一成不變的,并通過位移約束方式確保焊接件在焊接過程中不發生變形。徐文立等[10]針對影響鋁合金焊接變形的因素進行了一系列實驗,結果表明焊接件的壓緊力是影響鋁合金焊接撓曲變形的一個十分顯著的因素。

  剛性夾具會造成對焊接件的過度拘束,引起更大的焊接殘余應變。采用柔性夾具能控制焊接變形和保證焊接件在焊接過程中有相對自由的變形,從而避免更大的焊接應力,減小最終焊后變形。張建強等[11]采用熱彈塑性方法對 4 種不同夾具拘束情況下 500mm 長的鋁合金薄板焊接過程進行了仿真,結果表明,采用合理的夾具布局可以將薄板的縱向撓度控制在 1mm 左右。Liu[12]-[14]等采用表面堆焊對尺寸為200mm×150mm×6mm 的焊接件建立多體耦合模型,研究了外拘束大小、作用位置對焊接變形和殘余應力的影響,發現只要拘束彎矩相同,焊接變形基本一致。Guo等[15][16]

  采用三維熱力耦合模型探究了夾具拘束距離對尺寸為 100mm×25mm×0.5mm 的Hastelloy C-276 薄板脈沖激光焊接變形的影響,該模型為抑制薄板焊接變形提供理論和實驗的依據。張增磊等[17]將夾具和墊板作為彈塑性體包含到焊接數值模型中,焊接件尺寸為 100mm×300mm×5 mm,采用 4 種模型模擬夾具、墊板與焊接件之間的相互作用,結果表明夾具拘束作用的不同處理方式對平板焊后殘余應力分布與變形有重要影響。Adak[18]等基于熱彈塑性大撓度理論的有限元方法研究了三種不同板約束條件對對接焊殘余應力和變形的影響,同時考慮了板厚、板寬、網格模型等參數對殘余應力的影響。區達銓等[19]采用分段移動溫控體熱源高效算法針對復雜框架結構研究焊接順序對焊接應力和變形的影響。Schenk 等[20]分析夾具對薄板焊接變形的影響,研究了夾緊時間、夾具釋放時間和夾具預熱對焊接失穩變形、彎曲變形和角變形的影響。綜上所述,裝夾外拘束對焊接變形具有一定的影響,特別是對于大型薄壁結構,其剛度降低,外拘束條件對薄板結構焊接變形的影響更加顯著。但是上述對夾具拘束影響因素的研究大多是針對小型平板,而對于長程焊縫的大型薄壁結構以及曲面薄板的研究較少。

  1.2.2 薄壁結構裝夾約束方案優化算法

  裝夾優化的思想是確定最優的夾具個數和布局,使得零件裝配偏差最小,提高焊接裝配精度。由于大型薄壁結構具有尺度大、剛性弱的特性,在裝夾應力和焊接應力作用下容易造成較大的變形,因此工裝夾具的正確定位和夾緊固定是保證焊接質量、焊接生產率的關鍵因素。在實際焊接裝配過程中,裝夾約束的成本占到整個生產的 10%-20%[21],并且目前對于結構裝夾方案的選取沒有理論依據,每次只能靠經驗判定,耗時耗力,更無法保證裝配精度。因此對薄壁結構的裝夾約束方案的優化設計得到國內外很多學者的重視,并對此進行了深入的研究。

  在夾具設計中考慮柔性零件變形特性的研究從二十世紀九十年代,Menassa [22]

  采用擬牛頓優化算法,將零件主定位方向關鍵測點變形平方最小作為優化目標,求得主定位面上定位點的位置。Rearick 等[23]將非線性優化和有限元分析結合在一起,利用代價函數作為夾具定位點的優化目標,進行工裝夾具的設計及優化。1996 年,Cai、Hu 等[24]針對薄壁柔性件,首次提出"N-2-1"定位原理,規定第一基準定位點數為 N(N>3),第二基準面定位點數為 2 個,第三基準面定位點數為 1 個,禁止在零件正反兩側同時施加定位點。同時結合非線性優化算法和有限元分析方法尋找第一基準面上 N 個定位點的最優位置,以使薄板柔性件的總變形最小。該定位原理在薄板柔性件的裝配分析中得到廣泛的應用。Canelio 等[25]針對零件裝配過程中的夾具定位點位置優化問題,結合差商法和有限元分析法提出了一種新方法,但是該方法存在一定的限制,在優化過程中需要重復進行有限元計算,并且僅對剛性定位下的夾具對裝配偏差影響進行了分析。羅來軍[26]建立柔性件的夾具布局優化模型,對 N-2-1定位原理中 N 的數量及對零件裝配偏差的影響規律進行了研究。王劍[27]以有限元節點為優化變量,結合有限元軟件 Ansys 和遺傳算法,對轎車車門三維復雜曲面柔性件夾具定位點的位置進行優化。

  近年來,國內外諸多學者將遺傳算法、粒子群優化算法、模擬退火算法、人工神經網絡算法等諸多智能優化算法應用到工程領域[28].董躍輝等人[29]針對框類零件的裝夾方案選取進行了有限元模擬,分析了銑削加工過程中裝夾順序與夾緊點位置對薄壁件的影響。Subramanian 等[30]在仿真過程中采用彈性元件表示工件與夾具之間的接觸,并通過結合有限元方法及遺傳算法,以最小彈性變形為優化目標函數,獲得夾具布局的最優解,同時還對比連續插值與離散插值對夾具布局優化的結果。劉少崗[31]采用迭代方法求解并確定零件與定位元件的邊界條件,并研究夾具順序對加工過程中零件變形誤差的影響進行了研究。陳華[32]針對薄壁零件剛性低,容易產生裝夾變形問題,采用 ABAQUS 軟件計算不同裝夾方案下的夾緊力,并以裝夾后的形位誤差最小為優化目標,選出薄壁件最優的裝夾方案。Necmettin[33]針對二維夾具系統的布局采用遺傳算法和有限元方法對整個夾具布局進行了優化。石志云等[34]針對柔性薄板件定位裝夾過程中主基準面上的定位點數 N 的數量和位置,利用 APDL 語言基于遺傳算法提出了一種適合柔性薄板沖壓件夾具定位點優化設計的方法,同時考慮了零件的制造誤差對定位點布局的影響,分別研究了平面和曲面零件在重力作用下定位點的分布情況。Deng[35]利用二次非線性求解方法解決了夾緊力的優化問題,在保證整個加工過程動態穩定的前提下,以夾緊力最小為目標完成了優化工作。秦國華等[36]提出基于神經網絡和遺傳算法的裝夾變形"分析-預測-控制"方法,將有限元結果作為神經網絡的訓練樣本,借助神經網絡的非線性映射能力,以工件最小裝夾變形為優化目標,建立多重裝夾布局優化模型及遺傳算法求解技術。試驗結果表明,預測結果、有限元分析結果及試驗數據之間的相對誤差小于 3%,并且大大提高了裝夾變形計算效率。Padmanaban[37]基于蟻群算法對柔性件加工過程中的裝夾約束進行優化設計,采用有限元方法對由加工和夾具引起的零件動力學響應進行了分析,并對比了離散插值和連續插值對優化結果的影響。姜潮等[38]基于 N-2-1 定位原理,利用有限元計算零件第一基準面上的變形,采用隔代映射遺傳算法建立焊裝夾具的定位點優化模型,并與小種群遺傳算法的收斂效果進行了對比。王少峰[39][40]提出有限差分方法表征零件加工變形敏感度的新思路,揭示零件變形與定位點布局之間的關聯關系,建立解析敏感度表達式,為多點布局優化創新提供理論支持。Rai 等[41]采用有限元方法研究了加工路徑、加工順序以及夾具布局等參數的優化設計。王仲奇等[42]

  將飛機薄壁件在自身重力作用下的最大變形量作為優化目標函數,采用螢火蟲算法并結合有限元計算,完成對飛機薄壁件夾具定位點布局的迭代優化設計。

  綜上研究現狀,目前國內外學者對薄壁件裝夾優化的研究大多側重于減小由裝夾約束直接導致的零件變形,而針對薄壁結構焊接裝配過程中的裝夾約束對焊后變形影響的研究較少;大部分優化設計是以第一基準面方向的最大變形量為優化目標,而忽略了其它方向上的變形,不能準確地描述零件的變形。此外,隨著薄壁結構尺寸的增加,結構幾何非線性對其焊接過程中裝夾方案選取的影響也鮮有研究。

  1.2.3 大型結構焊接變形數值計算方法

  焊接應力變形計算是一個復雜、多維和多參數的過程,基于熱彈塑性有限元的移動熱源法能夠有效反映焊接溫度與變形演化規律。數值方法擺脫了解析方法的許多束縛,Zhu 等[43]采用移動熱源法對 304L不銹鋼的攪拌摩擦焊接過程進行仿真計算,研究了不同旋轉速度下焊接件內部的溫度變化規律和殘余應力情況。李曉東等[44]針對鋁合金車體端墻頂板的熔化極氣體保護焊(MIG)接過程采用移動熱源法進行了仿真模擬,得到了焊接熔池形貌和結構的焊后變形。移動熱源法雖然可以有效反映焊接過程和預測焊接變形,但是該有限元計算復雜,求解耗時長,計算效率低,不利于針對多種工況進行焊接變形計算的研究。因此,為了提高多種工況下大型結構焊接變形的計算效率,國內外很多學者進行了大量的研究。

  在早期研究中,許多學者將三維實體焊接結構簡化為二維模型計算,進而大大提高計算效率。Sarkani 等[45]采用平面應變模型計算單道焊縫的焊接殘余應力,采用三維模型計算 3 道焊縫的焊接殘余應力,結果發現,兩者計算結果十分吻合,但是由于二維模型不能很好地表現縱向的約束情況,兩個結果在縱向應力存在接近 30%的差異。Dong 等[47][46]采用一種特殊的三維殼單元對環形焊縫的殘余應力分布進行計算,雖然大大降低了計算規模,但是所得結果誤差較大。Jiang 等[46]通過對平面應變模型、軸對稱模型和三維實體模型的焊接過程進行焊接仿真計算,對比分析三種模型下的焊接應力和變形情況,研究結果發現三種模型的應力分布和焊接變形趨勢均與實驗大致相同,但是三維模型的計算結果最接近實驗測量值,計算精度最高。

  網格自適應方法是通過細化熱源作用區域的網格,熱源通過后恢復粗網格的技術,在保證計算精度前提下顯著減少了計算時間。Prasad 等[49]采用網格自適應方法計算焊接過程的溫度場,計算過程中網格節點數大大減少,計算時間顯著減少,并且仿真溫度場與實驗數據符合較好。Shi 等[50]開發用戶子程序實現焊接過程的自適應網格計算,計算結果與非自適應網格方法吻合較好,同時計算時間為原來的 7/10.

  Lindgren 等[51]采用自適應網格方法對大型結構三維模型進行有限元計算,計算時間縮短了 60%,計算精度影響較小。Duranton 等[52][53]針對激光焊接數值模擬,采用自適應網格方法對其進行三維熱力耦合仿真計算,溫度場及應力與移動熱源法所得結果吻合度較高。子結構法是另一類焊接高效計算方法。在焊接過程中,只有焊縫及附近較小的熱影響區域屬于非線性的熱彈塑性過程,而其余大部分區域僅經歷彈性過程,子結構法將焊接結構的熱彈塑性區和彈性區分開計算,提高計算效率。Brown[54]

  采用動態子結構法并結合網格自適應方法對平板焊接過程進行分析,計算效率提高了 70%.Zhang 等[55]采用迭代子結構法對多道焊縫的結構的焊接殘余變形進行了計算,大大節約了計算時間。劉川等[56]采用三維動態子結構法將整個模型的三維模型簡化為計算窄小焊縫和熱影響區的非線性彈塑性問題,并且保證殘余應力分布與全模型計算結果十分接近。網格自適應法和子結構法本質比較相似,熱源作用局部區域網格比較細密,遠離焊縫附近的廣大彈性區域網格尺寸比較大,進而提高計算效率,但是效果比較受限。

  Michaleris 等[57]最早提出局部-全局法的思想,局部模型僅為整個焊接結構的一小部分,對局部三維熱彈塑性模型進行焊接殘余應變計算,將得到的殘余應變通過一定的映射關系映射到整體模型中,進行一次彈性計算,最終得到整體結構的焊接變形和殘余應力分布。Tsirkas 等[58]采用局部-全局法,對不同的焊縫建立局部模型,同時考慮激光焊接的小孔效應,焊接變形仿真結果與實驗結果吻合較好,并采用該方法研究了不同焊接順序下的焊接變形。Andersen 等[59]針對 L 形和 T 形的多條焊縫的薄板,采用局部-全局法進行了焊接變形仿真計算。李婭娜等[60]基于局部-整體映射法,提取焊縫接頭局部殘余塑性應變,并映射到整體薄殼模型,實現動車組鋁合金側墻的焊接變形數值模擬,仿真計算結果與試驗測試結果基本吻合,驗證該方法及仿真模型的合理性,解決了實際工程中大型或多條焊縫結構的變形計算問題。

  大板大學 Ueda 等人[61][62]首先提出固有應變法計算焊接變形和應力,并得到廣泛應用。該方法將固有應變作為初始應變施加到整體結構上,避免了有限元計算中瞬態和高溫的影響,只需進行簡單的靜載彈性分析,即可得到焊接殘余應力和變形,大幅度地縮短了計算時間。Deng 等[63]基于上述思想,通過計算不同焊接接頭的固有變形,建立固有變形數據庫,再利用得到的數據庫采用固有應變法計算大型結構的焊接變形。汪建華等[64]深入研究了固有應變的理論,通過實驗和熱塑性分析,探究固有應變與焊接輸入和板厚等因素的關系,并將固有應變法在很多實際工程中得以應用。徐濟進等[65]采用了基于固有應變理論預測筒體對接多道焊的焊接變形,與實驗測量值進行比較,驗證了固有應變法的精確性,為閥體焊接工藝參數優化提供重要參考依據。

  綜合以上研究,國內外很多學者對大型薄壁結構的焊接數值計算進行了大量研究,也提出很多高效的計算方法,并基于此研究不同工藝參數對焊接變形影響規律。

  但是以上數值計算方法,對于遠離焊縫的廣大彈性區的約束作用和焊縫起始端和結束端的邊緣效應等幾何非線性沒有加以考慮,對焊接變形的預測精度較低,但對于火箭貯箱這類大型薄壁結構,幾何尺寸精度要求比較高,因此需要采用高精度和高效的數值計算方法預測大型薄壁結構的焊接變形,為提高大型火箭貯箱制造精度提供理論指導。

  1.2.4 攪拌摩擦焊焊接變形及焊接工藝研究

  攪拌摩擦焊(FSW)是 1991 年由英國焊接研究所發明的一種用于低熔點合金板材焊接的固態連接技術。與傳統熔焊相比,攪拌摩擦焊無煙塵、無污染,不需要添加焊絲和保護氣體,機械化程度高,接頭無氣孔和裂紋,常適用于異種材料連接[66][67].

  攪拌摩擦焊目前應用最多的是鋁合金材料,鋁合金材料由于強度高,質量輕,易成形的特性,在航空航天、汽車、飛機、船舶等工業領域中得到廣泛應用。攪拌摩擦焊改變了鋁合金鉚接或機械連接的方式,自問世以來就得到廣泛重視,很多大學、公司、研究所及諸多學者都對攪拌摩擦焊工藝進行了深入研究。

  攪拌摩擦焊的焊后變形通常比普通熔焊相比要小很多,因此屬于一種低應力小變形的焊接技術,但是隨著攪拌摩擦焊在航空航天等對尺寸精度要求較高的工業領域越來越廣泛的應用,尤其對大型薄壁結構來說,焊后較大的變形不可忽視[68],國內外很多學者對新型焊接應力狀態和焊接變形進行了一系列的研究。Terasaki[69]等人針對 6063 鋁合金材料,探究攪拌摩擦焊接接頭殘余應力產生的原因。李光[70]等針對鋁合金薄板探究了攪拌摩擦焊的殘余應力分布規律,提出控制焊接變形的方法,并在動態低應力無變形焊接技術基礎上開發一套熱沉系統,完成 FSW 實驗。孫濤[71]

  等針對 4mm 薄板 7075 鋁合金攪拌摩擦焊,同時考慮攪拌頭的機械載荷及裝夾后的壓力,結合古典摩擦理論用 ANSYS 軟件對鋁合金焊接過程中的溫度場和應力應變進行了模擬仿真分析,并對其分布規律加以解釋。杜巖峰[72]采用三維實體耦合模型對2219 鋁合金的攪拌摩擦焊接過程進行熱分析。Zhao[73]等基于流體力學建立攪拌摩擦焊三維模型,對焊接過程中材料的狀態進行分析,同時結合粘度場和速度場,給出焊縫區域劃分的基本準則。邢麗[74][75]等針對航空航天常用結構件 LD10 鋁合金的攪拌摩擦焊進行了試驗研究,結果表明,當參數最優時,可獲得比較完美的平板對接接頭,此外,還分析了焊縫接頭的組織形態及接頭力學性能。傅志紅、賀地求[76]等針對 7A52 鋁合金進行了大量的攪拌摩擦焊接實驗,并對焊縫的宏觀、微觀組織以及焊縫橫截面的顯微硬度進行了深入分析。Price[77]等針對 2014 鋁合金薄板進行攪拌摩擦焊時發現,薄板焊后出現明顯的面外變形,寬度方向發生下凹的橫向角變形,長度方向出現上凸的縱向變形。并研究機械張緊力對減小焊接殘余應力和消除屈曲變形的影響。柴鵬、欒國紅[78]等對攪拌摩擦焊宏觀焊接變形進行測量,并分析了不同攪拌頭、不同工藝參數條件下的變形規律。Woo[79]等采用中子衍射法,通過摩擦攪拌處理(FSP)測量 061-T6 鋁合金板的厚度方向的殘余應力,研究板厚殘余應力的分布與角變形之間的關系。

  除了上述對攪拌摩擦焊的焊接應力和焊接變形機理的研究外,國內外學者還對攪拌摩擦焊工藝進行了大量的研究。Tang 等[80]針對攪拌摩擦焊,研究不同焊接軸向力和轉速對熱輸入和溫度分布的影響規律,結果顯示攪拌頭軸肩在焊接過程中起非常重要的作用。Nishihara 等[81]等研究不同進給速度及攪拌頭旋轉速度對攪拌摩擦焊的攪拌頭和墊板溫度的影響。Jandric 等[82]結合實驗和數值仿真計算結果,探究進給速度和旋轉速度對攪拌摩擦焊的焊接質量及焊接試樣的溫度的影響。Lienert 等[83]對攪拌摩擦焊接過程中的攪拌頭的溫度和受力情況進行了分析,結果顯示,焊接過程中攪拌頭受力是動態變化的,起始階段受力較大,隨著焊接的進行,攪拌頭受力逐漸減小并最終趨于穩定狀態。Khandkar 等[84]等基于連續介質力學理論建立攪拌摩擦焊接殘余應力和變形的預測模型,但是模型只考慮了熱載荷的作用,忽略了攪拌頭對焊接件的下壓力的作用。李寶華,柯黎明[85]等針對鋁箔材料進行攪拌摩擦焊,分析不同焊接速度、旋轉速度及下壓量等工藝參數條件下焊縫附近的金屬流動形態。

  高兵等[86]采用攪拌摩擦焊分析了不同焊接參數對5083鋁合金的性能和組織形態的影響。Shi 等[87][88]同時考慮攪拌摩擦焊過程中的熱作用和機械力作用,建立焊接仿真模型,對比不考慮軸肩下壓力和摩擦力作用的結果,該模型可以更好地反映焊接變形和應力的特性。

  綜上研究所述,針對攪拌摩擦焊新型焊接技術,國內外學者不僅從機理上研究產生焊接應力和變形的原因,還分析了不同工藝參數對焊接應力及變形的影響。但是對于攪拌摩擦焊的裝夾約束對焊接應力及變形影響的研究較少。

  1.3 本文研究內容

  針對大型薄壁結構的焊接變形仿真計算目前存在的問題,考慮焊縫的邊緣效應和廣大彈性區的約束作用,采用應力分區映射法,建立大型薄壁結構的焊接有限元模型,計算得到焊后變形;建立不同裝夾約束下的大型薄壁結構的焊接變形計算模型,研究裝夾約束對大型薄壁結構焊接變形的影響規律,分析幾何尺寸、工藝參數對焊接變形的影響;基于 N-2-1 定位原理,以零件的初始應變能最小為優化目標,結合有限元模型和離散粒子群優化算法建立大型薄壁結構的裝夾方案優化模型,實現不同幾何尺寸、不同構型的大型薄壁結構的裝夾方案優化設計。本論文的主要內容如圖 1-1 所示。各章節具體內容如下:

  第一章首先闡述課題研究背景及意義,說明裝夾約束對大型薄壁結構的剛度及焊接變形具有重要影響,對選取最優的裝夾定位方案具有重要意義;從焊接外拘束對焊接變形的影響、薄壁結構裝夾方案優化算法、大型結構焊接數值仿真方法、攪拌摩擦焊的變形研究四個方面對國內外研究現狀進行了詳細介紹,最后對論文各章節的具體研究內容進行了介紹。

  第二章建立考慮裝夾約束的大型薄壁結構焊接模型。分析薄板結構的裝配過程,從確定性原理和實際工程出發確定薄板結構的典型裝夾方案;基于彈性力學理論對薄板的剛度進行了理論推導,分析不同裝夾位置和幾何尺寸對結構剛度的影響,為建立裝夾約束與剛度及焊接變形之間的關聯關系奠定基礎;針對大型薄壁結構,引入裝夾約束參數,采用應力分區映射法,實現不同裝夾約束下的大型薄壁結構焊接變形的精確預測。

  第三章建立大型薄壁結構焊接變形有限元計算模型,采用 ABAQUS 軟件進行數值仿真,探究了平板攪拌摩擦焊變形機理,并與實驗對比驗證了方法的正確性。研究不同裝夾約束條件下大型平板焊接變形的變化規律。分別針對點約束和線約束裝夾方案,從裝夾約束位置和幾何尺寸兩個方面研究裝夾約束對大型薄壁結構的焊接變形變化規律,同時分析攪拌摩擦焊過程中進給速度和旋轉速度兩個工藝參數對裝夾約束效果的影響。針對不同裝夾約束下的大型薄壁結構焊接變形進行攪拌摩擦焊實驗,進一步驗證仿真計算的焊接變形變化規律。

  第四章在"N-2-1"薄壁結構定位原理的基礎上,以結構整體的最小應變能為優化目標,結合離散粒子群優化算法和 ABAQUS 有限元技術,建立基于火箭貯箱關鍵零件的大型薄壁結構的裝夾優化模型;采用有限元計算單個零件的整體應變能,采用MATLAB 編寫離散離散粒子群優化算法,對大型薄壁結構的夾具約束位置進行尋優,最后對比貯箱壁板和瓜瓣裝夾約束方案優化前后的焊接變形,驗證該優化方案的可行性。

  第五章對本文的研究內容和成果進行總結,提出對后續工作的展望。






  第二章 考慮裝夾約束的大型薄壁結構焊接變形預測模型
  2.1 薄壁結構裝配過程與典型裝夾方案
  2.1.1 薄壁結構裝配過程及焊接變形影響因素
  2.1.2 薄壁結構典型裝夾方案
  2.2 基于彈性力學理論的薄板結構剛度分析
  2.2.1 基于彈性力學的薄板結構剛度
  2.2.2 薄板結構剛度的影響因素

  2.3 基于應力分區映射法的焊接變形計算模型
  2.3.1 局部模型焊縫區域劃分
  2.3.2 彈性子結構的建立
  2.3.3 整體模型應力分量映射
  2.4 本章小節

  第三章 不同裝夾方案的大型薄板結構焊接變形分析
  3.1 薄板結構焊接變形數值仿真模型的建立
  3.1.1 焊接模擬幾何模型
  3.1.2 焊接模擬熱源模型
  3.1.3 焊接材料熱力學參數
  3.1.4 焊接結構約束條件
  3.1.5 標準板件焊接變形及機理分析

  3.2 線裝夾約束方案的焊接變形分析
  3.2.1 不同約束位置的平板結構焊接變形分析
  3.2.2 不同幾何參數的平板結構焊接變形分析
  3.2.3 不同工藝參數下裝夾位置對焊接變形影響
  3.3 點裝夾約束方案的焊接變形分析
  3.3.1 不同工藝參數下裝夾位置對焊接變形影響
  3.3.2 不同幾何參數的平板結構焊接變形分析

  3.4 不同裝夾約束下的攪拌摩擦焊接實驗
  3.3.1 薄板攪拌摩擦焊實驗設計
  3.3.2 薄板攪拌摩擦焊焊接變形測量
  3.3.3 薄板攪拌摩擦焊焊接變形分析
  3.4 本章小結

  第四章 火箭貯箱大型薄壁結構裝夾方案優化設計
  4.1 基于 N-2-1 定位原理的薄壁結構焊接定位分析
  4.2 大型薄壁結構裝夾方案優化設計
  4.2.1 火箭貯箱典型結構及有限元模型
  4.2.2 優化參數和優化目標函數
  4.2.3 基于離散二進制粒子群算法的裝夾定位優化

  4.3 貯箱關鍵零件焊接的裝夾定位優化方案
  4.3.1 壁板裝夾定位點數量的確定
  4.3.2 壁板夾具點位置的優化結果分析
  4.3.3 瓜瓣裝夾定位點數量的確定
  4.3.4 瓜瓣夾具點位置的優化結果分析
  4.4 本章小結

  第五章 結論與展望

  5.1 主要結論

  針對大型薄壁結構焊接過程,采用應力分區映射法建立焊接變形仿真計算模型,同時考慮焊縫區域邊緣效應和廣大彈性區的約束作用,實現大型薄壁結構焊接變形的高效和精確計算;研究裝夾約束對大型薄壁結構焊接變形的影響規律,分析裝夾約束位置、工藝參數、幾何構型和尺寸對焊接變形的影響;結合有限元分析及離散粒子群優化算法建立大型薄壁結構裝夾方案優化模型,對 3.35m 的貯箱壁板和瓜瓣的裝夾定位方案進行優化,并采用優化前后的裝夾方案進行焊接分析,為大型薄壁結構焊接裝配中的裝夾方案設計提供指導。主要得到以下結論:

 。1) 考慮裝夾約束影響建立大型薄壁結構焊接變形預測模型;趶椥粤W理論對薄板的結構剛度分布進行理論推導,并分析不同約束位置和幾何參數對薄板結構剛度的影響規律;采用應力分區映射方法,同時考慮焊縫區的邊緣效應和彈性區對焊縫的約束作用,建立大型結構焊接變形數值仿真預測模型,對焊接變形進行精確且高效地預測,并通過與實驗結果對比,驗證了該方法的正確性。

 。2) 針對大型薄板結構的兩種典型裝夾方案進行焊接變形數值仿真分析,采用應力分區映射法,研究不同約束位置和幾何尺寸對大型薄板結構焊接變形的影響規律。

  同等條件下大型薄壁結構采用線裝夾約束方案的焊接變形大于采用點裝夾約束方案,且不同的裝夾方案會導致夾具最佳約束位置的改變。隨著薄壁結構尺寸的增加,結構的整體剛度下降,幾何非線性增強,不同的裝夾約束位置對結構剛度的影響更為突出,進而使得對焊接變形的影響更加明顯。針對不同裝夾約束下鋁合金攪拌摩擦焊接結構的焊后變形進行實驗分析,進一步驗證了仿真結果的有效性。

 。3) 針對進給速度和旋轉速度兩個工藝參數,研究不同工藝參數下裝夾位置對焊接變形的影響規律。焊接工藝參數對焊接變形具有一定的影響,隨著進給速度及旋轉速度的增加,對裝夾約束位置選取的影響減弱。裝夾方案條件下,焊接變形隨進給速度的增加而逐漸減小,這是因為進給速度的增加導致攪拌頭總機械功輸入增加,但是停留時間減小,沿焊縫的單位熱輸入量減;焊接變形隨旋轉速度的增加而逐漸增加,這是因為旋轉速度的增加導致焊接輸入的機械功增加,熱輸入量進而相應提高。

 。4) 采用 BPSO 算法對裝夾約束點優化后的結構整體應變能與優化前均布方案的值顯著減小,初始變形減小,并且使得焊接后的變形減小,優化效果明顯;針對壁板和瓜瓣兩種零件,瓜瓣在裝夾狀態下的應變能和初始變形均遠小于壁板,說明瓜瓣結構的整體剛性比壁板強;并且對于直徑均為 3.35m 的兩種結構,裝夾約束點的個數 N 均取 4,但是約束點的優化位置不同。裝夾方案優化前后,壁板焊接最大變形數值減小 19.83%,瓜瓣焊接最大變形數值減小 11.3%,并且壁板和瓜瓣的焊接變形均優于壓條裝夾方案的焊接結果,驗證了優化模型的正確性。

  5.2 研究展望

  本文針對大型薄壁結構焊接裝配過程中裝夾約束對焊接變形的影響及裝夾方案的優化進行全面研究,同時考慮焊縫區域邊緣效應和廣大彈性區的約束作用建立大型薄壁結構焊接變形精確計算模型及裝夾約束優化方法為實際應用中提高大型薄壁結構的焊接質量提供理論依據。但是本文也存在一些不足之處,可從以下幾個方面進行進一步探究:

 。1) 零件在加工制造過程中不可避免地存在幾何偏差,在裝夾過程中需要將零件校形到標準位置,并且再進行焊接過程。因此零件的初始制造偏差及夾具偏差會影響結構最終的焊接變形,本文重點考慮焊接作用的影響,后續可綜合考慮零件制造偏差、夾具偏差和焊接作用的影響。

 。2) 本文研究的平板、壁板及瓜瓣的焊接計算主要基于兩個零件的焊接,而對于火箭貯箱這類封閉結構,箱底和筒段均是由多條焊縫焊接而成,因此焊接變形的傳遞及最終完成封閉結構的封閉焊對最終的焊接變形均有一定的影響,后續可進一步研究多條焊縫的封閉薄壁結構的焊接。

 。3) 焊接過程本身比較復雜,優化算法以單個零件在裝夾狀態下的應變能最小為優化目標,得到最優的裝夾約束位置后,作為焊接過程的裝夾約束條件,未來可針對焊接過程對焊接變形的影響,對優化目標加以改進。

  參考文獻
  [1] 李東, 程堂明。 中國新一代運載火箭發展展望[J]. 中國航天, 2008, 8(2):33-38.
  [2] 龍樂豪, 王小軍, 容易。 我國一次性運載火箭的發展展望[J]. 中國科學:技術科學, 2009(3):460-463.
  [3] 劉欣, 王國慶, 李曙光等。 重型運載火箭關鍵制造技術發展展望[J]. 航天制造技術, 2013(1) :1-5.
  [4] 范瑞祥, 王小軍, 程堂明等。 中國新一代中型運載火箭總體方案及發展展望[J].導彈與航天運載技術, 2016(4):1-4.
  [5] Sun J. Modeling and finite element analysis of welding distortions and residualstresses in large and complex structures[D]. University Park: The Pennsylvania StateUniversity, 2005.
  [6] Ronda J, Oliver G J. Comparison of applicability of various thermo-viscoplasticconstitutive models in modeling of welding [J]. Computer Methods in AppliedMechanics and Engineering, 1998, 153(3-4):195-221.
  [7] Pilipenko A. Computer simulation of residual stress and distortion of thick plates inmulti-electrode submerged arc welding. Their mitigation techniques[D]. Trondheim:Norwegian University of Science and Technology, 2001.
  [8] Cronje M. Finite element modeling of shielded metal arc welding[D]. Stellenbasch :University of Stellenbasch, 2005.
  [9] Wahab M A, ALAM M S, PAINTER M J, et al. Experimental and numericalsimulation of restraining forces in gas metal arc welded joints[J]. Welding Journal,2006, 85(2): 35-43.
  [10] 徐文立, 劉雪松, 方洪淵,等。 薄板高強鋁合金 LY12CZ 焊接工藝參數的優化[J].焊接學報, 2004, 25(2):39-42.1[11] 張建強, 趙海燕, 鹿安理等。 夾具約束對鋁合金薄板焊接變形的影響[J]. 稀有金屬材料與工程。 2009, 38(3): 165-169.
  [12] 劉川, 張建勛。 外拘束力對堆焊焊接殘余應力的影響[J]. 中國機械工程, 2009,20 (10): 1234-1239.
  [13] 劉川, 張建勛。 焊接動態拘束變形三維多體耦合數值模擬[J]. 機械工程學報,2010, 46 (6): 83-86.
  [14] Liu C, Zhang J X. Numerical simulation of transient welding angular distortion wexternal restraints[J]. Science & Technology of Welding & Joining, 2009,14(1):26-31.
  [15] 郭玉全, 吳東江, 馬廣義等。 夾具拘束距離對 Hastelloy C-276 薄板脈沖激光焊接變形的影響[J]. 光學精密工程, 2012, 20(11): 2465-2471.
  [16] Guo Y, Wu D, Ma G, et al. Numerical Simulation and Experimental Investigation ofResidual Stresses and Distortions in Pulsed Laser Welding of Hastelloy C-276 ThinSheets[J]. Rare Metal Materials & Engineering, 2014, 43 (11): 2663-2668.
  [17] 張增磊, 史清宇, 鄢東洋, 蔡志鵬。 夾具拘束模型在焊接過程有限元分析中的建立及應用[J]. 金屬學報。 2010, 46 (2): 189-194.
  [18] Adak M, Soares C G. Effects of different restraints on the weld-induced residualdeformations and stresses in a steel plate[J]. International Journal of AdvancedManufacturing Technology, 2014, 71(1-4):699-710.
  [19] 區達銓, 王發展, 趙申等。 大型復雜框架結構焊接變形與應力控制仿真[J]. 中國機械工程, 2018, 29 (5): 616-622.
  [20] Schenk T, Richardson I M, Kraska M, et al. A study on the influence of clamping onwelding distortion [J]. Computational Materials Science, 2009, 45(4): 999-1005.
  [21] 韓 義 , 李清潮 . 焊 接 工 裝 夾 具 的 應 用 與 研 究 [J]. 科 技 創 新 與 應 用 ,2015(20):124-124.
  [22] Menassa R J, Devries W R. Optimization Methods Applied to Selecting SupportPositions in Fixture Design[J]. Journal of Manufacturing Science & Engineering,1991, 113(4):412-418.
  [23] Rearick M. R., Hu S. J., Wu S. M., Optimal fixture desing for deformable sheet metalworkpieces[C]. Transactions of NAMRI/SME, 1993, XXL: 407-412.
  [24] Cai W, Hu S J, Yuan J X. Deformable Sheet Metal Fixturing: Principles, Algorithms,and Simulations[J]. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 1996, 118(3):318-324.
  [25] Camelio, J., Hu, S. J., Ceglarek, D. Impact of fixture design on sheet metal assemblyvariation. Journal of Manufacturing Systems. 2004, 23(3): 182-193.
  [26] 羅來軍。 基于焊裝特征和偏差控制的車身柔性件焊裝夾具設計方法研究[D]. 上海交通大學, 2002.
  [27] 王劍。 復雜曲面柔性件測量夾具設計方法研究[D]. 上海交通大學, 2004.
  [28] Vasundara M, Padmanaban K P. Recent Developments on Machining Fixture LayoutDesign, Analysis, and Optimization Using Finite Element Method and EvolutionaryTechniques[J]. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2014, 70(1-4): 79-96.
  [29] 董輝躍, 柯映林。 銑削加工中薄壁件裝夾方案優選的有限元模擬[J]. 浙江大學學報(工學版), 2004, 38(1): 17-21.
  [30] Subramanian V, DeMeter E C, Choudhuri S, et al. An investigation into the use ofspatial coordinates for the genetic algorithm based solution of the fixture layoutoptimization problem[J]. International Journal of Machine Tool & Manufacture,2002, 42(2): 265-275.
  [31] 劉少崗, 鄭力。 夾緊順序對夾緊誤差的影響[C]. 全國生產工程第九屆年會暨第四屆青年科技工作者學術會議論文集(二), 北京:清華大學, 2004, 6:411-415.
  [32] 陳華, 陳蔚芳, 鄭會龍。 薄壁件裝夾方案優選的有限元模擬[J]. 組合機床與自動化加工技術, 2008, 3: 63-67.
  [33] Kaya N. Machining Fixture Locating and Clamping Position Optimization UsingGenetic Algorithms[J]. Computers in Industry, 2006, 57(2): 112-120.
  [34] 石志云, 劉渝, 余時建。 基于遺傳算法的柔性薄板沖壓件定位位置優化設計[J].機械科學與技術, 2012, 31(7): 1145-1149.
  [35] Deng H, Melkote S N. Determination of minimum clamping forces for dynamicallystable fixturing[J]. International Journal of Machine Tools & Manufacture, 2006,46(7): 847-857.
  [36] 秦國華, 趙旭亮, 吳竹溪。 基于神經網絡與遺傳算法的薄壁件多重裝夾布局優化[J]. 機械工程學報, 2015, 51(1): 203-212.
  [37] Padmanaban K P, Arulshri K P, Prabhakaran G. Machining Fixture Layout DesignUsing Ant Colony Algorithm Based Continuous Optimization Method[J]. TheInternational Journal of Advanced Manufacturing Technology, 2009, 45(9): 922-934.
  [38] 姜潮, 韓旭, 鐘志華。 電阻點焊焊裝夾具定位點的優化設計[J]. 機械工程學報,2009, 45(4): 192-196.
  [39] 王少鋒, 洪軍, 王建國, 等。 大型薄壁件的多點支承/定位方法研究[J]. 西安交通大學學報, 2016, 50(6): 122-129.
  [40] 王少鋒, 洪軍, 王建國, 等。 大型薄壁件多點定位的初始布局優化算法研究[J].西安交通大學學報, 2016, 50(5): 38-44.
  [41] Rai J K, Xirouchakis P. Finite Element Method Based Machining SimulationEnvironment for Analyzing Part Errors Induced During Milling of Thin-WalledComponents[J]. International Journal of Machine Tools and Manufacture, 2008,48(6): 629-643.
  [42] 王仲奇, 黃杰, 康永剛, 等。 基于螢火蟲算法的飛機弱剛性件裝配定位策略優化[J]. 機械科學與技術, 2016, 35(4): 626-629.
  [43] Zhu X K, Chao Y J. Numerical simulation of transient temperature and residualstresses in friction stir welding of 304L stainless steel[J]. Journal of materialsprocessing technology, 2004, 146(2): 263-272.
  [44] 李曉東, 李春廣, 朱志民, 等。 鋁合金薄板MIG焊焊接變形仿真預測的工程應用[J]. 焊接學報, 2014, 2:104-108.
  [45] Sarkani S, Tritchkov V, Michaelov G. An efficient approach for computing residualstresses in welded joints[J]. Finite Elements in Analysis and Design, 2000,35(3):247-268.
  [46] Dong P, Zhang J, Bouchard P J. Effects of repair weld length on residual stressdistribution[J]. Journal of Pressure Vessel Technology, 2002, 124(1):74-80.
  [47] Dong P. Residual stress analyses of a multi-pass girth weld: 3-D special shell versusaxisymmetric models[J]. Journal of Pressure Vessel Technology, 2001,123(2):207-213.
  [48] Jiang W, Yahiaoui K, Hall F R, et al. Finite element simulation of multipass welding:
  full three-dimensional versus generalized plane strain or axisymmetric models[J].
  The Journal of Strain Analysis for Engineering Design, 2005, 40(6):587-597.
  [49] Prasad N S, Narayanan T K S. Finite element analysis of temperature distributionduring arc welding using adaptive grid technique[J]. Welding Journal, 1996,75(4):123s-128s.
  [50] Shi Q Y, Lu A L, Zhao H Y, et al. Development and application of the adaptive meshtechnique in the three-dimensional numerical simulation of the welding process[J].
  Journal of Materials Processing Technology, 2002, 121(2-3): 167-172.
  [51] Lindgren L E, H?ggblad H, McDill J M J, et al .Automatic remeshing forthree-dimensional finite element simulation of welding[J]. Computer Methods inApplied Mechanics and Engineering, 1997, 147(3-4): 401-409.
  [52] Runnemalm H, Hyun S. Three-dimensional welding analysis using anadaptive meshscheme[J]. Computer Methods in Applied Mechanicsand Engineering, 2000, 189(2):515-523.
  [53] Duranton P, Devaux J, Robin V, et al. 3D modelling of multipass welding of a 316Lstainless steel pipe[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2004(153-154):457-463.
  [54] Brown S B, Song H. Rezoning and dynamic substructuring techniques in FEMsimulations of welding processes[J]. Journal of Engineering for Industry, 1993,115(4): 415-423.
  [55] Zhang L J, Zhang J X, Serizawa H, et al. Parametric studies of welding distortion infillet welded structure based on FEA using iterative substructure method[J]. Scienceand Technology of Welding and Joining, 2007, 12(8): 703-707.
  [56] 劉川, 張建勛。 基于動態子結構的三維焊接殘余應力變形數值模擬[J]. 焊接學報, 2008, 29(4): 21-24.
  [57] Michaleris P, Debiccari A. Prediction of welding distortion[J]. Welding Journal, 1997,76(4): 173-181.
  [58] Tsirkas S A, Papanikos P, Pericleous K, et al. Evaluation of distortions in laserwelded shipbuilding parts using local-global finite element approach[J]. Science andTechnology of Welding and Joining, 2003, 8(2): 79-88.
  [59] Andersen L F. Residual stresses and deformations in steel structures[D]. Lyngby:Technical University of Denmark, 2000.
  [60] 李婭娜, 謝素明, 兆文忠。 基于"局部-整體"映射有限元的大型焊接結構變形仿真研究[J]. 機械工程學報, 2014, 50(8): 40-44.
  [61] Ueda Y, Yuan M G. The characteristics of the source of welding residual stressinherent strain and its application to measurement and prediction[J]. Transactions ofJapan Welding Reasearch Institute, 1991, 20(2): 119-127.
  [62] Ueda Y, Yuan M G, Mochizuki M, et al. A prediction method of welding residualstress using source of residual stress (report IV)-experimental verification forprediction method of welding residual stresses in T-joints using inherent strains[J].Transactions of Japan Welding Reasearch Institute, 1993, 22(1): 169-176.
  [63] Deng D, Murakawa H, Liang W. Numerical simulation of welding distortion in largestructures[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 2007,196(45-48): 4613-4627.
  [64] 汪建華, 陸皓, 魏良武。 固有應變有限元法預測焊接變形理論及其應用[J]. 焊接學報, 2002, 23(6): 36-40.
  [65] 徐濟進, 陳立功, 汪建華, 等。 基于固有應變法筒體對接多道焊焊接變形的預測[J]. 焊接學報, 2007, 28(1): 77-80.
  [66] 柯黎明, 邢麗, 劉鴿平。 攪拌摩擦焊工藝及其應用[J]. 焊接技術, 2000, 29(2):7-8.
  [67] 廖艷。 攪拌摩擦焊的研究現狀及前景展望[J]. 山東工業技術, 2018(5): 9-9.
  [68] 鄢東洋。 鋁合金薄壁結構攪拌摩擦焊熱-力學過程的研究及模擬[D]. 清華大學,2010.
  [69] Terasaki T, Akiyama T. Mechanical Behaviour of Joints in FSW: Residual Stress,Inherent Strain and Heat Input Generated by Friction Stir Welding[J]. Welding in theWorld, 2003, 47(11-12): 24-31.
  [70] 李光, 李從卿, 欒國紅,等。 薄壁鋁合金攪拌摩擦焊焊接應力變形與控制[J]. 焊接, 2009(1): 29-32.
  [71] 孫濤, 王玉, 高大路, 等。薄板 7075 鋁合金攪拌摩擦焊三維有限元數值模擬[J].熱加工工藝, 2010, 39(3): 158-161.
  [72] 杜巖峰, 白景彬, 田志杰, 等。 2219 鋁合金攪拌摩擦焊溫度場的三維實體耦合數值模擬[J]. 焊接學報, 2014, 35(8): 57-60.
  [73] Zhao Y, Lin S, He Z, et al. Numerical simulation of 2014 aluminum alloy friction stirwelding process[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering, 2006, 42(7): 92-97.
  [74] 邢麗, 柯黎明。 鋁合金 LD10 的攪拌摩擦焊組織及性能分析[J]. 焊接學報, 2002,23(6): 55-58.
  [75] 邢麗, 柯黎明, 黃春平。 鋁合金與鋼的攪拌摩擦焊焊縫成形及接頭性能[J]. 焊接學報, 2007, 28(1): 29-32.
  [76] 傅志紅, 賀地求, 周鵬展, 等。 7A52 鋁合金攪拌摩擦焊焊縫的組織分析[J]. 焊接學報, 2006, 27(5): 65-68.
  [77] Price D A, Williams S W, Wescott A, et al. Distortion control in welding bymechanical tensioning[J]. Science & Technology of Welding & Joining, 2013, 12(7):620-633.
  [78] 柴鵬, 欒國紅, 郭德倫,等。 FSW 接頭殘余應力分布及控制技術[J]. 焊接學報,2005, 26(11): 79-82.
  [79] Woo W, Choo H, Brown D W, et al. Angular distortion and through-thicknessresidual stress distribution in the friction-stir processed 6061-T6 aluminum alloy[J].Materials Science & Engineering A, 2006, 437(1): 64-69.
  [80] Tang W, Guo X, Mcclure J C, et al. Heat Input and Temperature Distribution inFriction Stir Welding[J]. Journal of Materials Processing & Manufacturing Science,1998, 7(2): 163-172.
  [81] Nishihara T, Nagasaka Y. Measurement of tool temperature during friction stirwelding[C]. Proceedings of 4th International Symposium on Friction Stir Welding.Park City, 2003.
  [82] Jandric D, Ouyang J H, Valant M, et al. On-line weld quality diagnostics in FSW[C].Proceedings of 11th International Conference on Computer Technology in Welding.Columbus, OH, 2001: 173?181.
  [83] Lienert T J, Jr W L S, Grimmett B B, et al. Friction stir welding studies on mildsteel[J]. Welding Journal, 2003, 29(7): 27-40.
  [84] Khandkar M Z H, Khan J A, Reynolds A P, et al. Predicting residual thermal stressesin friction stir welded metals[J]. Journal of Materials Processing Technology, 2006,174(1–3): 195-203.
  [85] 李寶華, 柯黎明, 邢麗, 等。 攪拌摩擦焊工藝參數對 LY12 鋁合金焊縫金屬流動形態的影響[J]. 機械工程材料, 2009, 33(1): 55-58.
  [86] 高兵, 陳雨, 丁樺。 攪拌摩擦加工參數對 5083 鋁合金組織性能的影響[J]. 材料與冶金學報, 2015, 14(2): 139-143.
  [87] Shi Q Y, Dickerson T, Shercliff H. Thermo-mechanical analyses of weldingaluminium alloy with TIG and friction stir welding[C]. International Trends inWelding Research Conference Proceedings. Pine Mountain, USA, 2003.
  [88] Shi Q Y, Silvanus J, Liu Y, et al. Experimental study on distortion of Al-6013 plateafter friction stir welding[J]. Science & Technology of Welding & Joining, 2013,13(5): 472-478.
  [89] 鄭斌。 火箭貯箱超大薄壁結構焊接變形預測與機理研究[D]. 上海交通大學,2018.
  [90] 姜帆, 余海東, 來新民, 等。 不同初始偏差下超大薄壁結構焊接變形分析[J]. 機械設計與研究, 2018(3)。
  [91] Shi Y. Particle Swarm Optimization: Developments, Applications andResources[C]//Evolutionary Computation, 2001. Proceedings of the 2001 Congresson. IEEE, 2001, 1: 81-86.
  [92] 楊維, 李歧強。 粒子群優化算法綜述[J]. 中國工程科學, 2004, 6(5): 87-94.

致 謝

  時光如梭,轉眼間研究生的學習生活即將畫上句號。在上海交通大學讀完本科又繼續攻讀碩士學位,在交大六年半的時光給我留下了太多珍貴的回憶。在這段求學的路上,我不僅學到了扎實的專業知識,掌握了專業技能,還從導師和師兄師姐身上學到了很多寶貴的工作經驗。一路走來,包括論文的順利完成,離不開身邊所有人的幫助和支持,在即將畢業之際,心中感慨萬千。

  經過兩個多月的努力,最終完成了本論文的撰寫。首先我要對我的導師余海東老師表示深深的感謝,從論文的選題、研究到最后的撰寫,余老師始終細心指導,給予了作者很多寶貴的建議。感謝導師余海東老師在我研究生期間給予的所有指導和關懷。本科三年級曾上過余老師的材料機械性能這門課,余老師的課堂不僅可以學到專業知識,還可以聽到很多人生哲理,讓我受益匪淺;并且關心班級的每一位同學,讓我在大學中還能感受到溫暖。于是決定跟余老師讀研究生,繼續接受余老師的教導。在兩年半的研究生學習和生活中,余老師用他嚴謹的學術作風,一絲不茍的工作態度,精益求精的工作習慣給我樹立了一個榜樣,潛移默化中培養我良好的科研工作和學習生活習慣。在平時的日常生活中,余老師風趣幽默,平易近人,對學生給予無微不至的關懷,從生活中的小事上教會了我們很多生活的道理,我將始終牢記心中并在今后的學習工作中努力踐行。

  感謝實驗室的王皓老師、趙勇老師和陳根良老師對我的指導和幫助。他們治學嚴謹,學識淵博,具有創新思維,每次組會都讓我開闊了視野,了解了最前沿的科學。在科研工作中,幾位老師都給予了我許多寶貴的建議,為我的研究提供了新思路,完善了我的研究成果。并且幾位老師協同合作,對學術和項目的工作熱情,為整個課題組營造了濃厚的學術氛圍,再次表達感謝之情!

  感謝上海交通大學機械與動力工程學院車身所裝備組實驗室的所有兄弟姐妹們,感謝趙春璋、鄭斌、徐勛、姜帆、錢彥懿等師兄師姐們對我科研論文上的幫助和指導;感謝李琳、李云勇、余覺、陳坤勇、姚震、鄧向陽、易燦明、張健、陳奧林、葛世玉、朱賀軒、趙梓杰、鄒劍鋒、任書鋒、郭磊、楊丹、林張鵬等所有組內的師兄師姐師弟師妹們對我學習和生活上的幫助,雖然與他們相處短短兩年半,但是這份情誼、這段經歷是我人生中最寶貴的財富;感謝郭雋俠、楊珂、唐嘉鈺、王萌等同屆同學的陪伴與鼓勵,他們的優秀與努力也讓我自己變得更加優秀!

  最后,感謝我的男朋友閆棣,在我遇到困難時給予我幫助和鼓勵,在我委屈難過時給予我溫暖和安慰,讓我堅強地面對挫折,走向希望;感謝我的母親和家人,感謝母親含辛茹苦的把我養大成人,一直默默地支持和鼓勵我。家是溫暖的港灣,更是我求學路上前進的動力。

(如您需要查看本篇畢業設計全文,請您聯系客服索。

相關內容
相關標簽:夾具畢業設計
好優論文定制中心主要為您提供代做畢業設計及各專業畢業論文寫作輔導服務。 網站地圖
所有論文、資料均源于網上的共享資源以及一些期刊雜志,所有論文僅免費供網友間相互學習交流之用,請特別注意勿做其他非法用途。
如有侵犯您的版權或其他有損您利益的行為,請聯系指出,論文定制中心會立即進行改正或刪除有關內容!
欧美国产伦久久久久久久
<acronym id="cqmsy"></acronym>
<acronym id="cqmsy"><center id="cqmsy"></center></acronym>