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液压支架残余应力分析与测试技术研究

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摘要

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 研究目的与意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文主要研究内容

2 焊接残余应力的有限元分析理论

2.1 焊接过程有限元分析的特点

2.2 焊接温度场分析理论

2.3 焊接残余应力和变形的分析理论

2.4 焊接热-弹塑性分析理论

2.5 本章小结

3 未考虑残余应力时液压支架顶梁有限元分析

3.1 ANSYS Workbench简介

3.2 液压支架顶梁建模

3.3 液压支架顶梁有限元分析

3.4 有限元结果分析

3.5 本章小结

4 焊接残余应力有限元分析

4.1 温度场计算过程

4.2 温度场结果分析

4.3 残余应力场的结果分析

4.4 本章小结

5 焊接残余应力的试验测定

5.1 X射线测试原理

5.2 测试仪器

5.3 试验测量过程

5.4 试验测量结果与数值计算结果比较分析

5.5 残余应力的消除方法

5.6 本章小结

6 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况

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摘要

液压支架作为综合机械化采煤过程中的关键设备,其可靠性对整个采煤过程中的安全性起着至关重要的作用。其结构件多为大型、复杂的高强度钢板焊接而成,焊后通常存在不同程度的残余应力和变形。由于焊接残余应力的存在,会促使支架的结构发生脆性破裂(通常在焊缝处),降低构件的刚性及尺寸的稳定性,缩短液压支架的使用寿命。因此,对液压支架的焊接残余应力分析就显得尤为重要。
  本文首先对焊接过程中温度场和应力场的基本理论和数值模拟分析方法进行了阐述。利用Solidworks软件完成了液压支架顶梁的三维建模,应用ANSYS Workbench对未考虑残余应力时液压支架的四种工况顶梁两端受载、顶梁中部受载、顶梁扭转和顶梁偏载进行了分析,找出了顶梁的应力集中区和所承受应力较大的部位。然后应用ANSYS软件,将顶梁简化后的有限元模型利用单元生死技术进行了焊接温度场的分析,将求解出的节点的温度作为应力场分析时的载荷导入焊接模型,利用ANSYS软件的热-结构耦合功能对焊件的残余应力进行了分析,得出了焊缝部位焊接残余应力的分布规律。最后,运用X射线应力仪对焊件的残余应力进行了测试,并将数值计算的结果与试验测量的结果作了对比分析,从而验证了数值模拟结果的精确度。
  本课题的研究为焊接方式、工艺参数的选择以及焊接残余应力的变化规律提供了有效的参考,对实际的焊接工程有很好的指导作用。

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