PREDICTION OF WELDING DEFORMATIONS BY FEM BASED ON INHERENT STRAINS

IntroductionIt is of importance to predict and control theresidual deformations caused by welding pro-cesses to ensure the accuracy of a welded produc-tion.Nowadays there are three ways to deter-mine the welding deformations:( 1 ) empiricalformulas or curves based on the experiments;( 2 ) thermo- elasto- plastic analysis by FEM;( 3)inherent strain method.The empirical formulasare only suited to the cases of simple plates orbeams that undergo a welding cycle close to theexperiment conditions. …     

厚钢板对接焊缝残余应力的数值模拟

基于ABAQUS及其子程序DFLUX,采用热力间接耦合法,对不同厚度尺寸的Q345B厚钢板的对接焊缝进行了三维模拟分析,得到了焊接的温度场分布和最终焊接残余应力分布.结果表明：构件表面焊接残余应力大于中间面;表面纵向和横向残余应力都有一定的规律;对接焊缝沿纵向焊接残余应力随着板厚度的增加而增加,这种增加的趋势对厚度小于70 mm的钢板很明显,对70～80 mm的钢板不明显;而横向残余应力随钢板厚度的增加变化不显著.     

基于子模型方法的地铁车体疲劳寿命评估

车体是地铁车辆的重要承载部件,针对全尺寸车体疲劳试验综合难度高的问题,基于端部底架子模型包含了牵枕缓等在车体中受力最严苛结构的特点,提出采用端部底架子模型代替全尺寸车体进行疲劳试验的方法;建立了端部底架子模型和全尺寸车体的有限元模型,并参照EN 12663标准所确定的疲劳载荷,通过设置合理的边界条件使得端部底架子模型与全尺寸车体关键位置应力分布一致;将试验测得端部底架关键位置的应力与仿真结果进行对比,验证了有限元模型的准确性,进而采用名义应力法和Eurocode 9标准规定的疲劳寿命-应力（S-N）曲线对车体和底架焊缝部位进行了疲劳损伤计算. 结果表明:端部底架3个最大损伤位置与全尺寸车体一致,并且同一位置处端部底架的损伤值均大于车体损伤值,因此采用子模型法评估全尺寸车体的疲劳寿命易于获得相对保守的结果,针对地铁车体采用子模型法进行疲劳寿命评估是可行的.      

Nonlinear Absolute Nodal Coordinate Formulation of a Flexible Beam Considering Shear Effect

IntroductionIn the previous hybrid-coordinate formulationof an elastic beam, with the assumption of smalldeformation, the relation between the strain anddeformations is approximated to one order. Suchlinear approximated formulation fails to explain thestiffening effect for a high-speed rotating elasticbeam[1,2]. Some authors developed the systemequations of motion of flexible multibody systemsthat include stress stiffening effects[3]. A furtherimprovement in the formulation can be achieved bye…     

铰接式货车车体底架有限元分析

建立了铰接式货车平车底架的有限元计算模型 ,对该底架进行了静强度、刚度、固有频率及振型计算 ,针对铰接式货车底架刚度弱的特点 ,提出了方案修改建议 ,对铰接部位采用不同结构形式进行了详细对比分析     

铝合金货车侧墙多道焊变形预测

基于热弹塑性有限元法,对铝合金货车侧墙多道焊焊接变形进行仿真预测,仿真中充分考虑了材料热物理属性的影响．基于实体一壳单元混合模型,建立了侧墙有限元网格模型,应用3D高斯双椭球热源模型实现了焊接过程温度场分析．从工程实际出发设计了四种焊接顺序,通过对四种焊序下仿真结果的对比分析,讨论了不同焊接顺序对铝合金货车侧墙焊接成形的影响,为研究大型铝合金薄板焊接过程中的应力应变和减少焊接应力与变形提供了参考依据．     

370t凹底车振动平稳性分析

370 t凹底车是目前载重量最大的凹底车,考虑到结构振动对车辆平稳性的影响,把凹底架、大底架和小底架做成柔性体,建立刚柔混合模型进行仿真分析.对比美国5级谱和铁科院实测谱,并通过傅氏逆变换转换为时域信号,用模态综合法进行仿真分析并与试验数据进行了对比,发现美国5级谱的垂向不平顺比我国实际线路情况要恶劣,短波轨道不平顺对该车的结构振动有较大的影响.     

AN FEM MODEL OF BUCKLING DISTORTION DURING WELDING OF THIN PLATE

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｂｕｃｋｌｉｎｇｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｓａｒｅｏｆｔｅｎｏｂｓｅｒｖｅｄｉｎａｔｈｉｎ－ｗａｌｌｗｅｌｄｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｉｔｉｓｏｆｉｍｐｏｒｔａｎｃｅｔｏｐｒｅｄｉｃｔａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｓｕｃｈｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｓｃａｕｓｅｄｄｕｒｉｎｇｆｕｓｉｏｎｗｅｌｄｉｎｇ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｒａｄｉｔｉｏｎ－ａｌＦＥＭａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌａｎｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｂｅ－ｈａｖｉｏｒｓｉｎｗｅｌｄｉｎｇｈａｖｅｔｈｅｆｏｌｌｏｗｉｎｇｃｈ…     

小阻力扣件桥上无缝线路附加力

在铁路桥梁上铺设无缝线路，为了降低梁跨结构和钢轨之间的相互作用力，往往采用小阻力扣件。在有碴桥上无缝线路采用小阻力扣件，在钢轨、轨枕及梁跨结构三者之间将产生较明显相对位移，以往的计算模型没有考虑轨枕和钢轨相对位移的影响，与有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路工况存在较大偏差。在吸收国内外研究成果的基础上，建立了一种能综合考虑钢轨、轨枕、梁体三者相互作用的有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路附加力计算力学模型，给出了算例，对不同力学模型计算结果作了对比。计算结果表明，新模型计算结果要小于既有模型，对于柔性墩台结构，差分尤其明显。不考虑轨枕位移，该模型也适用于无碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路附加力计算，相比有碴桥，小阻力扣件无碴桥上无缝线路附加力有较大幅度增加。     

简支梁桥顺桥向地震动分析

为了计算多跨简支梁桥地震荷载,根据弹性地基上桥墩的变形特性,将墩顶作用单位集中力时,桥墩静力挠度曲线方程作为基本振型,考虑了地基变形的影响,利用拉格朗日方程推导了多跨简支梁桥顺桥向地震振动方程,给出了相应的基频和振型参与系数的近似计算公式。仿真计算结果表明:简支梁桥一、二阶自振频率的计算值分别为7.43及11.19 Hz,而其试验值分别为7.00及10.55Hz,其误差在5.8%以内。可见,提出的振型可以用于简支梁桥顺桥向的抗震性能评估。     

大跨钢桥桥面铺装有限元分析合理简化模型

为了提高大跨钢桥桥面铺装有限元分析简化模型的计算精度,运用有限元正交数值模拟试验对模型参数进行了敏感性分析,利用子模型技术和综合评价方法对模型几何尺寸与边界约束条件进行了优化。发现大跨钢桥桥面铺装有限元分析简化模型合理的几何尺寸与边界条件为:纵向为3跨,横向有8个U肋,横隔板高度为1.2m,纵边自由,横边简支,横隔板底固结。对比分析结果表明:该简化模型具有较高的计算精度,横向拉应变误差仅为0.7%,纵向拉应变误差为3.7%。     

Geometric Nonlinear Formulation for a Rectangular Plate with Large Deformation

Absolute nodal coordinate formulation for a rectangular plate with large deformation was improved. Based on nonlinear elastic theory, a precise strain expression is used to derive the equations of motion. Both shear strain and transverse normal strain are taken into account. Different from the previous absolute nodal coordinate formulation, the absolute nodal coordinates, which describe the displacement and slope of the element nodes, are separated into three parts: the absolute nodal coordinates in X, Y and Z directions, respectively, so that the dimension of the mass, stiffness and force matrices is reduced. Furthermore, by using constant matrices, which can be calculated and saved before simulation, the nonlinear stiffness matrices can be calculated by matrix multiplication for each time step, so that the computational efficiency can be improved. Finally, simulation example of a rectangular plate with large deformation was used to verify the accuracy and efficiency of the present formulation.     

Application of On-Line Rail Milling in Rail Maintenance of High-Speed Railways

On-line rail milling technologies have been applied in rail maintenance, and are proving to be efficient and environmental friendly. Based on the field data of on-line rail milling, a program for comparing rail transverse profiles before and after milling was designed and the root mean square (RMS) amplitude of longitudinal profile was calculated. The application of on-line rail milling technology in removing rail surface defects, re-profiling railhead transverse profiles, smoothing longitudinal profiles and improving welding joint irregularity were analyzed. The results showed that the on-line rail milling technology can remove the surface defects at the rail crown and gauge corner perfectly, re-profile railhead transverse profile with a tolerance of -1.00.2 mm , improve longitudinal irregularity of rail surface, with the RMS amplitude of irregularity reduced more than 50% and the number of out-of-limited amplitude reduced by 42%82% in all wavelength ranges. The improvement of welding joint irregularity depends on the amount of metal removal determined by the milling equipment and the primal amplitude.     

高速磁浮悬浮架柔性特征对曲线通过性能的影响

为研究高速磁浮悬浮架小曲线通过动力学性能,考虑高速磁浮悬浮架柔性振动,建立悬浮架有限元模型,并计算其弹性模态,建立高速磁浮整车车辆动力学模型;应用同济大学磁浮试验线线路条件、试验速度曲线及拟合的轨道不平顺,分析了悬浮架柔性振动对悬浮、导向电磁铁间隙、电磁力的影响;同时,建立了刚性悬浮架动力学模型与之对比. 研究结果表明:R400小曲线通过时,电磁铁动力学性能受悬浮架柔性振动的影响较大,两种模型的导向力相差约12.5 kN,悬浮力相差约6.0 kN;通过试验仿真比较,考虑悬浮架柔性的计算结果更接近于实测结果;悬浮架垂向和横向振动的主频分别为10.4 Hz和13.2 Hz,分别与前后悬浮框相对点头、反相摇头模态频率相近;在研究控制参数优化、悬挂参数优化、运行稳定性等高速磁浮关键问题时应考虑悬浮架的柔性振动.      

考虑轴力和剪切效应的盾构隧道纵向变形分析

采用傅立叶级数法研究了不同荷载作用下轴力和剪切效应对盾构隧道变形的影响.?计及剪切变形所产生的地基反力,建立了弯曲变形的控制微分方程,推导了剪切变形的计算公式;采用与既有理论解对比的方法,验证了级数解的正确性;通过对比计算,分析了截面形式、端承条件、荷载形式、长高比以及有无弹性地基对盾构隧道剪切变形的影响,剪切刚度对弯...     

2205双相不锈钢焊接收缩变形与残余应力研究

采用钨极氩弧焊对2205双相不锈钢进行了焊接试验,用回归分析的方法研究了焊接电流、电弧电压、焊接速度和板厚对焊接收缩变形的影响;采用切条法测试了2 mm厚焊接试件的残余应力,找到了纵向残余应力沿焊缝截面的分布规律,并用正交试验方法对焊接工艺参数进行了优化。     

用数值模拟方法优化列车转向架侧梁焊接工艺的研究

基于ANSYS平台热弹塑性有限元分析,利用APDL语言,采用单元生死技术模拟焊缝形成过程,对B型列车14t转向架侧梁的焊接残余应力与变形进行了模拟。结果显示,侧梁沿x方向（即焊缝方向）产生了收缩,两端向中心的收缩量大致相等,其值分别为0．846mm和-0．935mm;在Y方向上,上盖板沿Y的负方向产生了较大的变形,其值为-1．548mm,下盖板的位移较小,最大值仅为0．213mm;z方向上,由于约束较强,其变形值较其它方向相比大约小一个数量级。等效残余应力在焊缝上最大,其峰值约为270MPa,随着与焊缝中心距离的增加,其值迅速减小。总体而言,模拟结果符合焊接理论,且与实际情况吻合,证明了用数值模拟方法进行焊接工艺优化的可行性。     

钢桥面板顶板与纵肋连接焊根位置疲劳损伤特征

针对闭口肋正交异性钢桥面板顶板焊根处疲劳裂纹处于纵肋内部, 不易发现与危害大等问题, 根据所处位置的不同, 将顶板焊根疲劳细节分为横隔板节间内(RD细节) 和跨横隔板截面(RDF细节) 2种类型, 采用有限元方法分析了2种细节的应力影响面, 考虑了轮迹横向概率分布、多轴轮载作用以及铺装与桥面板相互作用等影响, 研究了2种细节的疲劳损伤特征。分析结果表明: 当轮载作用于目标细节正上方时为最不利状态, 纵桥向轮载中心移至目标细节前后0.6m范围内应力较大, 横桥向2种细节的轮载影响均在1.0m范围内; 考虑轮迹横向分布影响, 简化计算时, RD、RDF细节的等效应力幅横向折减系数可以分别取0.92、0.96;在双、三联轴作用下, RD细节的损伤度分别是单轴荷载的2.10、3.21倍, 若近似采用单轴叠加, 所得损伤度可能偏于不安全, 建议寿命评估时考虑车辆类型影响; 计入铺装与桥面板相互作用后, 细节处应力幅明显降低, 顶板厚度为12mm的铺装模型焊根处应力幅几乎与16mm厚的钢桥面板相当, 且降低程度随铺装弹性模量的增大而增大; 对于45°扩散角简化铺装扩散模型, 当顶板厚度不小于16mm时, 其应力幅小于同时考虑铺装扩散作用与铺装刚度贡献的实体模型, 且差值随顶板厚度的增加而增大, 简化时需要考虑其适用范围, 否则会偏于不安全; 当顶板厚度为18mm且考虑铺装作用时, 2种细节疲劳寿命满足设计使用寿命要求, RDF细节疲劳寿命约为RD细节的67%, 较为不利。      

钢轨三维弹塑性滚动接触应力

用有限元法建立了钢轨三维弹塑性滚动接触计算模型，分析钢轨材料屈服强度对钢轨残余应力和应变的影响．模型中考虑了钢轨的几何形状和边界条件，通过在钢轨表面反复施加移动赫兹法向压力和切向力模拟车轮的反复滚动作用．结果表明：最大等效塑性应变和剪应变均发生在钢轨接触表面，此处易萌生裂纹；钢轨接触表面附近材料塑性变形流线趋势与现场观测到的裂纹方向一致；钢轨材料屈服强度越高，材料的累积塑性变形越小，钢轨的最大残余应力越接近于表面．     

非稳态载荷对二维轮轨纯滚动接触应力和变形的影响

为了揭示轮轨波状表面与非稳态载荷的内在联系,利用有限元法,建立了二维弹塑性轮轨纯滚动接触计算模型,分析法向接触载荷波动值对钢轨残余应力、应变和变形的影响。模型中材料本构采用考虑棘轮效应的Jiang-Sehitoglu模型,非稳态仅考虑法向接触载荷的简谐变化,用弹塑性无限半空间表面上重复移动赫兹法向压力分布模拟反复纯滚动接触过程。发现非稳态法向接触载荷作用下产生同样波长的波状接触表面;随滚动次数的增加,残余应力增大,但很快趋于稳定,而残余应变也增大,但增大速率衰减;载荷波动值越大,波谷和波峰处的纵向残余应力越大,波谷处的轴向残余应力、残余剪应变和表面纵向位移越大,而波峰处的轴向残余应力、残余剪应变和表面纵向位移越小,波深越大。