机车车辆大型长直弦梁焊接变形预测

张月来，何清和，朱嘉翌，梁归慧，曾炯萌，邓德安

(1.中车株洲电力机车有限公司,株洲,412001；2.重庆大学,重庆,400045)

0 序言

熔化焊具有适应性强、灵活便捷、用料经济且易于实现自动化生产的特点[1-2]，广泛应用于轨道交通车辆部件的生产.由于焊接过程中工件的局部快速加热和冷却，不可避免的会产生焊接残余应力和焊接变形.机车车辆的长直箱型弦梁结构为薄壁结构，且弦梁长度尺寸大、总热输入量大，焊接完成后极易产生轴向的弯曲变形和整体的扭曲变形，焊接变形一旦产生，需要消耗大量时间和人力对其进行矫正，不利于产品自动化生产和生产效率的提升[3-4].在实践过程中，主要在经验的基础上反复试验，控制大型结构件的焊接变形，成本高、效率低，如果能够通过理论方法预测大型长直弦梁结构的焊接变形，对工程实践将具有非常重要的指导意义.

近年来，随着计算焊接力学理论的完善和计算硬件技术的迅速发展，数值模拟技术已经成为预测和控制焊接变形的有效工具[5-7].热-弹-塑性有限元法能够详尽考虑焊接过程的各个因素，因此能够准确拟合真实的物理过程，已广泛用于焊接热传导、焊接应力和变形分析等[8-9].然而，焊接过程是极其复杂的非线性问题，采用热-弹-塑性有限元法计算大型和复杂结构的焊接残余应力与变形时，需要很高的硬件条件和很长的计算时间[10]，尽管计算机技术已取得了发展，但仍难以满足复杂非线性……