基于UG的焊缝建模和有限元分析技术

利用UG的焊接助理模块和高级仿真模块实现了焊缝的实体建模和有限元分析过程。考虑到焊缝结构尺寸对焊缝强度的影响,提出了从结构角度出发建立焊缝的有限元模型,利用UG NX4的刚性杆单元模拟焊缝的焊接,并比较了3种尺寸类型的焊缝在两种工况下的应力情况。结果表明,UG NX4的刚性杆单元可以真实地模拟焊缝的焊接;坡口夹角对焊缝强度影响较大,有无钝边对焊缝强度影响较小。

基于计算机有限元的激光焊管内高压成形焊缝建模

针对某钢管厂生产的不锈钢结构件进行模拟分析,讨论内高压成形焊缝的建模方法,结果表明:在内高压成形时,从计入焊缝影响所建的模型模拟结果来看,应力场过程的发展受到较大影响,而无焊缝模型并没有应力分布不均匀的情况;对于过渡区和胀形区,只有在焊缝附近约三倍焊缝宽度的区域内,壁厚模拟结果才受焊缝处理方法的影响。有无焊缝建立的模型,对于送料区而言,模拟结果几乎没有影响,在该区计算误差最大为2%。

浅析焊缝建模及焊接变形控制

材料要经历熔化、重新固化和非常高的瞬间热梯度,除了其他非线性源之外,还会出现基于非线性温度的塑性应变和相互转换。对于在工业生产中具有实际优势的焊缝建模而言,大型复杂构件的最佳焊缝设计需要许多独立的分析,解决方案的计算时间必须是可控的。目前焊缝建模技术是比较先进的,它对许多装配式构件具有重要的影响。

CO_(2)气体保护焊的焊缝形貌建模及虚拟化仿真系统开发

建立了CO_(2)气体保护焊工艺参数与焊缝几何尺寸(熔宽、熔深)之间的多层感知机神经网络预测模型,并基于焊接试验数据训练模型,确定了模型的数学解析式;通过分析焊缝截面和表面形貌特征,建立焊缝形貌的虚拟化仿真模型;通过python编程开发了焊缝形貌预测与虚拟化仿真系统。结果表明:所建立的多层感知机神经网络预测模型对熔宽预测的最大偏差为0.097 mm,模型拟合优度为0.999269,对熔深预测的最大偏差为0.051 mm,模型拟合优度为0.999567;建立了以焊缝熔深和熔宽为输入变量的焊缝截面形貌数学模型和以焊缝熔宽为输入变量的表面形貌数学模型。

焊缝建模对T型圆钢管节点轴压承载力计算的影响

钢管结构常用于大跨度空间结构中,一般作为桁架处理,主要受轴向力作用。T型圆钢管节点是常见的一种钢管节点类型,其试验和有限元研究较多。在有限元模型中,存在无焊缝和有焊缝两种建模方式,有研究者指出无焊缝模型会明显低估节点轴向承载力,但也有无焊缝模型所得承载力与试验结果吻合的报告。为探讨焊缝建模对T型圆钢管节点轴压承载力计算的影响,结合不同来源的13组试验记录,分别建立无焊缝和有焊缝节点有限元模型,计算两种模型的轴压承载力。结果表明:无焊缝模型计算的承载力平均只有试验值的85%,有焊缝模型则可达到95%;无焊缝模型在加强弦管边界的情况下,会提高节点计算承载力,因而可能与试验结果一致。T型圆钢管节点轴压承载力的有限元分析应当考虑焊缝影响。

激光焊管内高压成形焊缝有限元建模方式

为明晰焊管内高压成形焊缝的合理有限元建模方式,针对激光焊接接头的材料性能分布特点提出三种焊缝建模方式,分别为完整焊缝模型、粗略焊缝模型和无焊缝模型。通过与试验结果对比,从壁厚分布和几何形状两方面,分析不同焊缝简化方式对送料区、过渡区和胀形区模拟精度的影响情况。指出焊缝对模拟精度有影响,受影响区域不超过3倍焊缝宽度。只有建立焊缝模型才能模拟出靠近焊缝部位壁厚过渡减薄的变形特征,但建立完整焊缝模型和建立粗略焊缝模型的模拟精度相差不大,最大误差均小于6.5%。在综合考虑误差大小和典型变形特征模拟准确性后,给出适合激光焊管内高压成形的焊缝有限元建模方式。

基于失效模式的拼焊板焊缝建模方式确定

为兼顾拼焊板仿真精度和效率,合理选择焊缝建模方式,对母材ZSTE260E的同材差厚拼焊板进行单向拉伸和极限胀形试验。采用试验和有限元法分析了3种典型应变状态下,焊缝建模方式对极限胀形试验冲头最大载荷、最大位移及失效模式的影响。结果表明,当失效发生在焊缝上时,焊缝对拼焊板成形行为有显著影响,在焊缝仿真建模时必须考虑焊缝性能。基于焊缝建模方式对拼焊板成形行为的影响,确定了拼焊板焊缝线焊缝建模的母材匹配参数范围。

基于ELM的焊缝成型建模研究

焊缝形状对焊接质量有着重要的影响,但由于焊接是一个剧烈的、充满着干扰的不稳定过程,因而构建精确的焊缝成型模型比较困难。研究中首先将极限学习机(ELM, extreme learning machine)引入到建模中,ELM可以通过计算方式得到其输出矩阵,因而建模速度很快;其次引入M-估计以抑制焊接过程中粗大误差的影响,设计了整合二者的M-ELM算法,最后利用实际TIG焊接数据进行建模,并与多元非线性回归(multi-nonlinear regression,MNR),线性回归(linear regression,LR),BP神经网络所建的模型进行了性能比较。结果表明,M-ELM不但建模速度快,而且模型拟合精度好,达到了预期目标。

K型钢管节点的焊缝有限元模型建立

近些年,钢管桁架结构由于精美的视觉效果、卓越的力学和优良的经济性能,被广泛使用于大跨度空间结构中。在多维数控设备的发展背景下,直接焊接相贯节点便成为钢管桁架结构的主要连接形式。本文以前人试验数据为依据,应用有限元软件通过在弦杆和腹杆的交界处增加一圈焊缝壳体单元,并且此焊缝壳体单元的厚度取为弦杆壁厚的一半来建立焊缝壳体有限元模型,计算其极限承载力,以此验证本文所建模型的准确性。

激光拼焊板成形性能的数值模拟研究

在拼焊板的数值模拟研究中,如何建立准确的焊缝模型是一个亟待解决的难题。本文通过对母材和拼焊板进行拉伸实验获得拉伸实验数据,并基于等应变假设条件和力平衡条件方程,计算得到拼焊板焊缝的力学性能参数,建立了4种不同的焊缝模型。采用有限元模拟软件Dynaform,分别对4种不同焊缝模型进行拼焊板杯突试验数值模拟。通过对4种焊缝模型模拟结果中杯突值、开裂位置、主应变和试验得到的相应值进行比较,验证了精确焊缝模型的实用性。

基于宏微机器人的焊缝跟踪研究

提出了一种基于宏微运动机器人的焊缝跟踪方法.首先,通过若干点的简单示教获得焊缝位置信息,并通过拟合建立焊缝模型.在该模型的基础上,对机器人的宏动进行运动规划.采用激光结构光视觉测量焊缝坐标,并根据焊缝图像偏差控制机器人的微动.结合机器人的宏动规划运动和微动自动调整,实现大范围、高精度的焊缝跟踪.利用宏微运动平台进行了焊缝跟踪实验,实验结果验证了所提出方法的有效性.

基于盒形件拉深成形的激光拼焊板数值模拟研究

为了解决拼焊板覆盖件零件成形过程中焊缝移动以及与此相关的成形性能下降的难题,本文基于静态隐式算法和动态显式算法,分别建立两种不同焊缝模型,通过数值模拟和应力分析得到了焊缝移动规律,获得了焊缝移动量曲线。数值模拟中采用阶梯压边圈,通过对模拟结果的应力、单元厚度分析,比较模拟结果和试验的吻合程度,验证了数值模拟和应力分析的正确性。

弧焊机器人焊接马鞍型焊缝运动过程仿真

本文针对Motoman-UP6型弧焊机器人,通过分析各连杆臂和关节轴的结构特点,利用修正后的Denait-Hartenberg(D-H)参数法对该机器人结构进行定义,然后建立相邻连杆坐标系间的齐次变换矩阵,从而构建了机器人运动学方程。利用Matlab完成了垂直相交两圆管马鞍型焊缝坐标系建立以及焊接机器人逆运动学解的实现,并利用Solidworks Motion对机器人焊接相贯线焊缝进行运动仿真模拟,最后得到了理想的相贯线焊缝轨迹。

基于等效结构应力的铝合金地铁车体疲劳寿命预测

为评估某铝合金地铁车辆的疲劳寿命,采用美国ASME标准中的网格不敏感的主S-N曲线法对该车焊缝进行疲劳寿命预测.用HyperMesh对车体进行有限元建模,并对焊缝处网格细化;用ANSYS计算焊缝处应力;运用自主开发的FE-Weld软件对其进行等效结构应力的计算和疲劳寿命的预测;对疲劳寿命不符合设计要求的结构进行改进和优化,改进后结构的疲劳寿命符合设计要求.网格不敏感的主S-N曲线法具有重要工程应用推广价值.

基于微观机制圆钢管T型相贯节点极限承载力研究

对微观机制模型之空穴扩张模型(VGM)在预测圆钢管T型相贯节点极限承载力中的应用进行了分析,考虑了焊缝以及支管径厚比Ψ对VGM判据的影响。结果显示:在未考虑焊缝建模时,Ψ的范围在10.0到12.5之间,鞍点位置达到VGM判据,当Ψ逐渐超过12.5时,鞍点位置越来越达不到判据要求;在考虑焊缝建模时,由于等效塑性应变在鞍点位置不增长,不能达到VGM判据,当未达到判据时,可以考虑将主管塑性变形的1.25%作为该节点的极限承载力。通过VGM判据结果得出当参数Ψ逐渐增大时,圆钢管T型相贯节点极限承载力是逐渐降低的;分析结果发现,支管径厚比Ψ几乎不影响节点的荷载位移曲线。

K型及T型管节点的极限承载力参数分析

采用ANSYS有限元方法建立考虑焊缝的有限元模型,对K型及T型钢管节点的几何参数腹杆与弦杆直径比β、弦杆径厚比γ、腹杆与弦杆壁厚比τ进行数值分析。得到对K型钢管节点,弦杆与腹杆的夹角θ不变时,节点极限承载力与β、γ及τ值有关。对T型钢管节点,当β值增大而γ值减少时,节点的极限承载力增大,但是τ值对节点的极限承载力影响不大,在满足承载力的前提下,可适当减少腹杆的厚度,并基此提出实际应用中的一些建议。

基于Dynaform的激光拼焊板成形性能数值模拟研究

为了解决同种材料、等厚度激光拼焊板在数值模拟研究中如何建立准确的焊缝模型这一难题,通过显微硬度试验测量拼焊板焊接接头焊缝区和热影响区的硬度值,并对这些数据进行分析和计算,得到两个区域的材料力学性能参数,建立焊缝模型,并采用有限元模拟软件Dynaform 5.5对建立的焊缝模型进行数值模拟。通过模拟和试验结果的对比,验证了该种建模方法的实用性。

机器人有左右摆动干扰正环形焊缝定位方法

受限于管道内环形焊缝缺少点和直线特征,单目视觉无损检测机器人自动定位管道中的焊缝仍然是一项充满挑战性的研究。研究机器人有左右摆动干扰运动下正环形焊缝定位问题,根据管道内壁圆形焊缝在检测机器人相机中的几何成像模型和机器人运动速度,建立定位正圆形焊缝至检测机器人距离的特殊同步定位与地图构建(SLAM)问题控制方程,并将求解该控制方程的问题转换成使损失函数达到最小的优化问题。针对该优化问题的高度非线性,采用遗传算法求解,实现了机器人有左右摆动干扰运动下的正环形焊缝定位。利用机器人在圆柱形管道内探测的正圆形焊缝的合成视频以及实际工作时所抓拍的视频,对所提定位方法进行实验,实验结果表明,所提定位方法可以获得良好的结果。