風(fēng)電機(jī)座焊接殘余應(yīng)力的試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬預(yù)測

【摘要】：隨著煤炭石油等不可再生傳統(tǒng)能源漸漸匱乏，風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源，越來越受到世界各國的重視，我國新能源戰(zhàn)略也開始把大力發(fā)展風(fēng)電做為重點(diǎn)，從而推進(jìn)了大型風(fēng)電基地的建設(shè)。大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)特別是兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)的出現(xiàn)，對發(fā)電機(jī)構(gòu)件的強(qiáng)度要求越來越高，其中焊縫的質(zhì)量直接影響著構(gòu)件的強(qiáng)度。因此，有必要研究構(gòu)件中焊接殘余應(yīng)力的分布規(guī)律和應(yīng)力大小，從而采取相應(yīng)的對策，以減小或消除構(gòu)件中的焊接殘余應(yīng)力。 為了掌握大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)座焊縫焊接殘余應(yīng)力的具體分布情況，本文用盲孔法對風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)座的三處焊縫進(jìn)行測試，分別是機(jī)座圓筒體焊縫（焊縫1）、端板拼接焊（焊縫2）和端板與圓筒體焊縫（焊縫3），貼片打孔后得到各測試點(diǎn)的應(yīng)變值，再通過相關(guān)的力學(xué)公式求得這些點(diǎn)的應(yīng)力值。 然后，運(yùn)用MSC.Marc軟件的焊接分析模塊，通過焊接熱源的選取分析、焊接材料在各個溫度下的力學(xué)性能分析、焊料傳熱分析、邊界條件分析和收斂判據(jù)的設(shè)定等等，對機(jī)座多道焊焊接接頭進(jìn)行了有限元模擬分析，得到了焊接溫度場、焊接變形量和焊后殘余應(yīng)力的分布狀態(tài)。 最后，把基于盲孔法測得的焊接殘余應(yīng)力值和數(shù)值模擬得到的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析，還比較討論了機(jī)座熱處理前后的殘余應(yīng)力。結(jié)果發(fā)現(xiàn)機(jī)座焊縫中心處的應(yīng)力值較大，且為正值，隨著遠(yuǎn)離焊縫中心，應(yīng)力值逐漸降低，最后趨于零，焊縫3比焊縫1應(yīng)力值波動明顯。有限元計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果具有較好的重合性，可作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)中焊接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參考。機(jī)座進(jìn)行退火后，應(yīng)力消除效果較好，滿足工程需求。 【關(guān)鍵詞】：風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)座 焊接殘余應(yīng)力 多道焊 有限元模擬 盲孔法
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TG404
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 符號術(shù)語表7-11
• 第1章 緒論11-16
• 1.1 本課題的研究背景及意義11-12
• 1.2 風(fēng)電技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.2.1 風(fēng)力發(fā)電技術(shù)發(fā)展簡介12-13
• 1.2.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)座的研究狀況13-14
• 1.3 焊接殘余應(yīng)力的測量方法14-15
• 1.4 本課題研究的主要內(nèi)容15-16
• 第2章 風(fēng)電機(jī)座焊接殘余應(yīng)力的實(shí)驗(yàn)測定16-26
• 2.1 焊接殘余應(yīng)力的測量原理16-18
• 2.2 試驗(yàn)測試方案18-24
• 2.3 試驗(yàn)結(jié)果24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 風(fēng)電機(jī)座焊接殘余應(yīng)力的數(shù)值模擬26-42
• 3.1 基本控制方程26-30
• 3.1.1 熱傳導(dǎo)問題的基本控制方程26-27
• 3.1.2 熱傳導(dǎo)問題的有限元描述27-28
• 3.1.3 熱應(yīng)力問題的有限元描述28-29
• 3.1.4 彈塑性有限元方程的基本解法29-30
• 3.2 焊接模擬的建模方法30-41
• 3.2.1 求解計(jì)算過程30
• 3.2.2 焊接材料的屬性30-32
• 3.2.3 焊接熱源模型32-34
• 3.2.4 焊接技術(shù)要求34-35
• 3.2.5 有限元模型35-36
• 3.2.6 焊接路徑的定義與焊縫材料的填充36-37
• 3.2.7 焊接邊界條件的設(shè)置37-39
• 3.2.8 工況的定義39-41
• 3.3 本章小結(jié)41-42
• 第4章 數(shù)值模擬結(jié)果及試驗(yàn)結(jié)果對比分析42-51
• 4.1 焊接溫度場模擬結(jié)果42-44
• 4.2 模型焊接后的變形情況44-46
• 4.3 模型焊接后的殘余應(yīng)力情況46-47
• 4.4 分析與對比47-50
• 4.5 風(fēng)電機(jī)座焊縫設(shè)計(jì)建議50-51
• 總結(jié)與展望51-53
• 全文總結(jié)51-52
• 工作展望52-53
• 參考文獻(xiàn)53-56
• 致謝56-57
• 附錄（攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及獲獎情況）57

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