CN111597742A - 一种基于焊接构件联动效应的农机结构残余变形预测方法 - Google Patents

一种基于焊接构件联动效应的农机结构残余变形预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于焊接构件联动效应的农机结构残余变形预测方法，包括如下步骤：S1、农机结构中焊接部分危险区域的确定；S2、谐响应冲击下损伤区域之间联动因子的确定；S3、焊接完毕的损伤区域残余应力的测量；S4、不同损伤区域的联动递进函数的确定；S5、基于联动效应的农机结构残余变形的预测。该方法预测精度高，可准确、高效实现农机结构残余变形的预测。

Description

一种基于焊接构件联动效应的农机结构残余变形预测方法
技术领域
本发明涉及农机结构残余变形预测方法，特别涉及一种基于焊接构件联动效应的农机结构残余变形预测方法。
背景技术
随着农业经济的迅猛发展，越来越多同种类的农机装备出现在农耕作业中。农机装备的结构大多是通过不同零部件焊接组成的，焊接工艺在农机结构的总制造工序中占据了较大的比例。但是由于焊接工艺的加入，多个结构件的关键位置势必会产生一定的残余应力，从而造成结构出现一定程度的残余变形，进而影响到农耕作业的质量。目前对农耕机械结构残余变形的获取大多是通过实测方式获得的，且往往是单一零件变形量的检测，而没有考虑不同结构之间焊接联动关系对整体农机结构残余变形的影响。因此，从结构中所有焊接零部件之间的焊接关系出发来预测农机结构的残余变形量是必要的。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种基于焊接构件联动效应的农机结构残余变形预测方法。
技术方案：本发明提供一种基于焊接构件联动效应的农机结构残余变形预测方法，包括如下步骤：
S1、农机结构中焊接部分危险区域的确定；
S2、谐响应冲击下损伤区域之间联动因子的确定；
S3、焊接完毕的损伤区域残余应力的测量；
S4、不同损伤区域的联动递进函数的确定；
S5、基于联动效应的农机结构残余变形的预测。
进一步地，所述S1农机结构中焊接部分危险区域的确定方法：在有限元分析软件ANSYS中导入农机结构的三维模型，采用自动网格模式对农机结构三维模型进行网格化划分，在前处理模块中对不同零部件之间的连接焊缝运用焊缝模块进行定义，然后定义工况的载荷条件与约束条件，启用后处理模块对农机结构中焊接零部件中应力值及其分布情况进行分析，确定农机整体结构在工况条件下发生损坏的区域。
进一步地，所述S2谐响应冲击下损伤区域之间联动因子的确定方法：在有限元分析软件中导入农机结构的三维模型，选用谐响应分析模块，采用自动网格模式对整体结构的网格进行划分，然后采用加倍细化的处理方法对S1中确定的发生损坏的区域进行网格的细化，并对这些发生损坏的区域进行编号i，i＝1…e，e为损伤区域的个数，在设置谐响应冲击载荷中定义载荷的施加位置为S1中分析的结果中应力最小的区域，然后分析每个损坏区域的谐响应频率值记为fi，同时，在模态分析模块中同理分析农机结构的前三阶固有频率值标记为W1，W2，W3，计算每个损伤区域的频率共享系数Xi，
Figure BDA0002455446020000021
其中，Xi为每个损伤区域的频率共享系数；fi为每个损伤区域的谐响应频率值；W1为农机结构第1阶固有频率；W2为农机结构第2阶固有频率；W3为农机结构第3阶固有频率，进而计算损伤区域之间的联动因子Li，
Figure BDA0002455446020000022
其中，Li为农机结构中损伤区域之间的联动因子；Xi为每个损伤区域的频率共享系数；e为损伤区域的个数；t为工况过程的载荷时间点；M为一个工况周期的总时间值；i为发生损坏的区域。
进一步地，所述S3焊接完毕的损伤区域残余应力的测量方法：采用X射线残余应力测量装置对S1中确定的三维残余应力值进行测量，标记结果为σi，然后计算不同损伤区域间的残余应力联动系数Ci，
Figure BDA0002455446020000023
其中，Ci为农机结构中不同损伤区域间的残余应力联动系数；σi为损伤区域的三维残余应力值；M为一个工况周期的总时间值；t为工况过程的载荷时间点；i为发生损坏的区域；e为损伤区域的个数。
进一步地，所述S4不同损伤区域的联动递进函数的确定方法：在S2与S3的基础上，计算综合联动因子Zi的值，
Figure BDA0002455446020000024
其中，Zi为综合联动因子；Li为农机结构中损伤区域之间的联动因子；β为三维晶体残余应力方向适用值，农机结构取值为1.2；Ci为农机结构中不同损伤区域间的残余应力联动系数，然后在MATLAB软件中对每个损伤区域的Zi按照编号进行函数关系的拟合，获得5次条件下的联动递进函数方程F(i)，
F(i)＝α1i5+α2i4+α3i3+α4i2+α5i+α6
其中，F(i)为5次条件下的联动递进函数方程；i为发生损坏的区域；α1为联动递进函数中五次项的方程拟合系数；α2为联动递进函数中四次项的方程拟合系数；α3为联动递进函数中三次项的方程拟合系数；α4为联动递进函数中二次项的方程拟合系数；α5为联动递进函数中一次项的方程拟合系数；α6为常数项。
进一步地，所述S5基于联动效应的农机结构残余变形的预测方法：将S3中测量得到的残余应力值σi与联动递进函数一起代入下式对某个损伤位置i处的残余变形值εi进行计算，
Figure BDA0002455446020000031
其中，εi为损伤位置i处的残余变形值；σi为损伤区域的三维残余应力值；γ为弹性模量，取值为2.06×1011Pa；e为损伤区域的个数；F(i)为5次条件下的联动递进函数方程；i为发生损坏的区域。
有益效果：本发明可以实现农机结构残余变形的实时预测，通过零部件焊接联动因子来表达残余变形在不同零件之间的传递，建立反映残余变形集中递进的函数，并进一步通过不同递进函数的联动集聚效应来确定农机结构的残余变形，精确、高效，从而更有效的确保农机结构的作业精准度与使用安全性。
附图说明
图1为本发明方法的工艺流程图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例基于焊接构件联动效应的农机结构残余变形预测方法，包括以下步骤：
S1.农机结构中焊接部分危险区域的确定：
在有限元分析软件ANSYS中导入农机结构的三维模型，采用自动网格模式对农机结构三维模型进行网格化划分，在前处理模块中对不同零部件之间的连接焊缝运用焊缝模块进行定义，然后定义工况的载荷条件与约束条件，启用后处理模块对农机结构中焊接零部件中应力值及其分布情况进行分析，确定农机整体结构在工况条件下最发生损坏的区域。
S2.谐响应冲击下损伤区域之间联动因子的确定：
在有限元分析软件中导入农机结构的三维模型，选用谐响应分析模块，采用自动网格模式对整体结构的网格进行粗略划分，然后采用加倍细化的处理方法对S1中确定的最发生损坏的区域进行网格的细化。并对这些发生损坏的区域进行编号i(i＝1…e，e为损伤区域的个数)。在设置谐响应冲击载荷中定义载荷的施加位置为S1中分析的结果中应力最小的区域，载荷的大小为100N，然后分析每个损坏区域的谐响应频率值记为fi，同时，在模态分析模块中同理分析农机结构的前三阶固有频率值标记为W1，W2，W3，计算每个损伤区域的频率共享系数Xi，
Figure BDA0002455446020000041
其中，Xi为每个损伤区域的频率共享系数；fi为每个损伤区域的谐响应频率值；W1为农机结构第1阶固有频率；W2为农机结构第2阶固有频率；W3为农机结构第3阶固有频率，进而计算损伤区域之间的联动因子Li，
Figure BDA0002455446020000042
其中，Li为农机结构中损伤区域之间的联动因子；Xi为每个损伤区域的频率共享系数；e为损伤区域的个数；t为工况过程的载荷时间点；M为一个工况周期的总时间值；i为发生损坏的区域。
S3.焊接完毕的损伤区域残余应力的测量：
采用X射线残余应力测量装置对S1中确定的三维残余应力值进行测量，标记结果为σi，然后计算不同损伤区域间的残余应力联动系数Ci，
Figure BDA0002455446020000051
其中，Ci为农机结构中不同损伤区域间的残余应力联动系数；σi为损伤区域的三维残余应力值；M为一个工况周期的总时间值；t为工况过程的载荷时间点；i为发生损坏的区域；e为损伤区域的个数。
S4.不同损伤区域的联动递进函数的确定：
在S2与S3的基础上，计算综合联动因子Zi的值，
Figure BDA0002455446020000052
其中，Zi为综合联动因子；Li为农机结构中损伤区域之间的联动因子；β为三维晶体残余应力方向适用值，农机结构取值为1.2；Ci为农机结构中不同损伤区域间的残余应力联动系数。
然后在MArLAB软件中对每个损伤区域的Zi按照编号进行函数关系的拟合，获得5次条件下的联动递进函数方程F(i)，
F(i)＝α1i5+α2i4+α3i3+α4i2+α5i+α6 (5)
其中，F(i)为5次条件下的联动递进函数方程；i为发生损坏的区域；α1为联动递进函数中五次项的方程拟合系数；α2为联动递进函数中四次项的方程拟合系数；α3为联动递进函数中三次项的方程拟合系数；α4为联动递进函数中二次项的方程拟合系数；α5为联动递进函数中一次项的方程拟合系数；α6为常数项。
S5.基于联动效应的农机结构残余变形的预测：
将S3中测量得到的残余应力值σi与联动递进函数一起代入下式对某个损伤位置i处的残余变形值εi进行计算，
Figure BDA0002455446020000053
其中，εi为损伤位置i处的残余变形值；σi为损伤区域的三维残余应力值；γ为弹性模量，取值为2.06×1011Pa；e为损伤区域的个数；F(i)为5次条件下的联动递进函数方程；i为发生损坏的区域。

Claims (6)

1.一种基于焊接构件联动效应的农机结构残余变形预测方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、农机结构中焊接部分危险区域的确定；
S2、谐响应冲击下损伤区域之间联动因子的确定；
S3、焊接完毕的损伤区域残余应力的测量；
S4、不同损伤区域的联动递进函数的确定；
S5、基于联动效应的农机结构残余变形的预测。
2.根据权利要求1所述的基于焊接构件联动效应的农机结构残余变形预测方法，其特征在于：所述S1农机结构中焊接部分危险区域的确定方法：在有限元分析软件ANSYS中导入农机结构的三维模型，采用自动网格模式对农机结构三维模型进行网格化划分，在前处理模块中对不同零部件之间的连接焊缝运用焊缝模块进行定义，然后定义工况的载荷条件与约束条件，启用后处理模块对农机结构中焊接零部件中应力值及其分布情况进行分析，确定农机整体结构在工况条件下发生损坏的区域。
3.根据权利要求2所述的基于焊接构件联动效应的农机结构残余变形预测方法，其特征在于：所述S2谐响应冲击下损伤区域之间联动因子的确定方法：在有限元分析软件中导入农机结构的三维模型，选用谐响应分析模块，采用自动网格模式对整体结构的网格进行划分，然后采用加倍细化的处理方法对S1中确定的发生损坏的区域进行网格的细化，并对这些发生损坏的区域进行编号i，i＝1...e，e为损伤区域的个数，在设置谐响应冲击载荷中定义载荷的施加位置为S1中分析的结果中应力最小的区域，然后分析每个损坏区域的谐响应频率值记为fi，同时，在模态分析模块中同理分析农机结构的前三阶固有频率值标记为W1，W2，W3，计算每个损伤区域的频率共享系数Xi，
Figure FDA0002455446010000011
其中，Xi为每个损伤区域的频率共享系数；fi为每个损伤区域的谐响应频率值；W1为农机结构第1阶固有频率；W2为农机结构第2阶固有频率；W3为农机结构第3阶固有频率，进而计算损伤区域之间的联动因子Li，
Figure FDA0002455446010000012
其中，Li为农机结构中损伤区域之间的联动因子；Xi为每个损伤区域的频率共享系数；e为损伤区域的个数；t为工况过程的载荷时间点；M为一个工况周期的总时间值；i为发生损坏的区域。
4.根据权利要求3所述的基于焊接构件联动效应的农机结构残余变形预测方法，其特征在于：所述S3焊接完毕的损伤区域残余应力的测量方法：采用X射线残余应力测量装置对S1中确定的三维残余应力值进行测量，标记结果为σi，然后计算不同损伤区域间的残余应力联动系数Ci，
Figure FDA0002455446010000021
其中，Ci为农机结构中不同损伤区域间的残余应力联动系数；σi为损伤区域的三维残余应力值；M为一个工况周期的总时间值；t为工况过程的载荷时间点；i为发生损坏的区域；e为损伤区域的个数。
5.根据权利要求4所述的基于焊接构件联动效应的农机结构残余变形预测方法，其特征在于：所述S4不同损伤区域的联动递进函数的确定方法：在S2与S3的基础上，计算综合联动因子Zi的值，
Figure FDA0002455446010000022
其中，Zi为综合联动因子；Li为农机结构中损伤区域之间的联动因子；β为三维晶体残余应力方向适用值，农机结构取值为1.2；Ci为农机结构中不同损伤区域间的残余应力联动系数，然后在MATLAB软件中对每个损伤区域的Zi按照编号进行函数关系的拟合，获得5次条件下的联动递进函数方程F(i)，
F(i)＝α1i5+α2i4+α3i3+α4i2+α5i+α6
其中，F(i)为5次条件下的联动递进函数方程；i为发生损坏的区域；α1为联动递进函数中五次项的方程拟合系数；α2为联动递进函数中四次项的方程拟合系数；α3为联动递进函数中三次项的方程拟合系数；α4为联动递进函数中二次项的方程拟合系数；α5为联动递进函数中一次项的方程拟合系数；α6为常数项。
6.根据权利要求5所述的基于焊接构件联动效应的农机结构残余变形预测方法，其特征在于：所述S5基于联动效应的农机结构残余变形的预测方法：将S3中测量得到的残余应力值σi与联动递进函数一起代入下式对某个损伤位置i处的残余变形值εi进行计算，
Figure FDA0002455446010000031
其中，εi为损伤位置i处的残余变形值；σi为损伤区域的三维残余应力值；γ为弹性模量，取值为2.06×1011Pa；e为损伤区域的个数；F(i)为5次条件下的联动递进函数方程；i为发生损坏的区域。
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