1、轉(zhuǎn)向架構(gòu)架是軌道車輛的關(guān)鍵承載和傳力構(gòu)件，對(duì)行車安全起著至關(guān)重要的作用。目前地鐵構(gòu)架屬于復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接構(gòu)件，焊縫數(shù)量多，且采用多層多道焊焊接。由于焊接過程中不可避免地產(chǎn)生殘余應(yīng)力和變形，影響構(gòu)架的尺寸穩(wěn)定性及疲勞壽命。因此開發(fā)有效地預(yù)測(cè)構(gòu)架焊接殘余應(yīng)力和變形的數(shù)值模擬技術(shù)，剖析多道焊應(yīng)力和變形的演變機(jī)制及其調(diào)控方法，開展復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接順序優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，對(duì)促進(jìn)構(gòu)架精密焊接成形技術(shù)發(fā)展、提高質(zhì)量及服役安全可靠性具有重要的學(xué)術(shù)意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

2、
　　本文研究了焊接數(shù)值模擬熱源模型參數(shù)快速準(zhǔn)確求解問題，提出了基于熔池輪廓形狀擬合的焊接熱源模型參數(shù)求解及誤差評(píng)估方法。該方法采用偽彩色技術(shù)和差影法，獲得接頭熔池輪廓照片和溫度場(chǎng)模擬的熔池圖像間的色彩分布差值矩陣，構(gòu)建熔池輪廓形狀誤差函數(shù)，采用模式搜索法反演求解出熱源模型參數(shù)值。該方法應(yīng)用于MAG焊T型接頭焊接溫度場(chǎng)模擬，分別獲得了單一雙橢球熱源模型和高斯+雙橢球組合熱源模型參數(shù)的優(yōu)化值。計(jì)算結(jié)果表明，組合熱源模型比單一雙橢球熱

3、源模型更適合T型接頭焊接溫度場(chǎng)模擬，模擬與試驗(yàn)熔池輪廓形狀的誤差為17.8％，相比單一雙橢球熱源模型準(zhǔn)確度提高了11.5％。
　　本文開展了多道焊殘余應(yīng)力分布影響因素及演變機(jī)制研究，提出調(diào)控殘余應(yīng)力的方法。對(duì)Q345C板材進(jìn)行了表面堆焊兩道焊試驗(yàn)，在焊道間覆蓋率為0％和50％兩種情況下，測(cè)量了先焊焊道的焊趾附近點(diǎn)溫度循環(huán)曲線和焊后殘余應(yīng)力。利用瞬態(tài)三維熱彈塑性有限元法并結(jié)合試驗(yàn)測(cè)試，分析了板材表面堆焊兩道焊的焊接溫度、應(yīng)力和應(yīng)變的

4、變化規(guī)律。研究表明:塑性應(yīng)變不變的位置殘余應(yīng)力會(huì)隨著彈性應(yīng)變的降低而降低，利用后焊焊道產(chǎn)生的壓縮彈性應(yīng)變可以影響先焊焊道的拉伸彈性應(yīng)變，由此調(diào)控多道焊的殘余應(yīng)力分布。通過分析焊接熱循環(huán)峰值溫度與殘余應(yīng)力關(guān)系、后焊焊道對(duì)先焊焊道焊趾附近的熱力作用，確定了先焊焊道焊趾附近殘余應(yīng)力因后焊焊道熱循環(huán)作用而降低的條件，推導(dǎo)出了將先焊焊道的焊趾殘余應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力的后焊焊道焊接線能量估算公式。
　　基于以上研究，本文開展了焊道數(shù)量、焊接線能量

5、和焊接順序?qū)Χ嗟篮笟堄鄳?yīng)力的影響研究，提出了調(diào)控殘余應(yīng)力的蓋面焊工藝設(shè)計(jì)原則?；谠撛瓌t進(jìn)行構(gòu)架吊座管板接頭蓋面焊的焊接工藝多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化工藝比原始工藝的焊后變形減小7％，焊趾附近殘余應(yīng)力轉(zhuǎn)變?yōu)閴簯?yīng)力，實(shí)現(xiàn)了多道焊殘余應(yīng)力調(diào)控的目的。
　　考慮到構(gòu)架焊接裝配過程的工位變換與焊接順序之間的關(guān)聯(lián)與制約，本文開展了考慮焊接裝配工位變換次數(shù)約束的焊接順序優(yōu)化問題研究，提出了含有工位
　　約束的基因修復(fù)算子遺傳優(yōu)化算法。該方法采

6、用反映焊縫所在工位號(hào)、接頭組號(hào)及其組內(nèi)序號(hào)的多參數(shù)級(jí)聯(lián)編碼方式，通過個(gè)體中的基因排序反映工位約束的要求，對(duì)遺傳算法的種群產(chǎn)生引入基因修復(fù)算子，可剔除種群中無法采用的焊接順序個(gè)體，優(yōu)化并求解合理的焊接順序。將該方法應(yīng)用于轉(zhuǎn)向架構(gòu)架橫梁和側(cè)梁的環(huán)形焊縫焊接順序設(shè)計(jì)，以焊后結(jié)構(gòu)變形量最小為優(yōu)化目標(biāo)，結(jié)合焊接變形有限元仿真計(jì)算進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在工位變換次數(shù)最少的情況下，獲得了優(yōu)化的環(huán)形焊縫焊接順序，焊后最大垂向變形差為2.6mm，低于原始工藝，仿