水下摩擦叠焊机可适应设计研究

• 作 者: 刘谱
• 机 构: 天津大学
• 出 处: 天津大学
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 水下摩擦叠焊机 灰关联法 优选设计 可适应设计 可适应性评价

水下摩擦叠焊技术是一种用于水下结构物缺陷修复的新型固相连接技术,与其他水下连接技术相比,水下摩擦叠焊具有对水深不敏感、焊接变形小、力学性能好、效率高等优点,近年在国内外受到高度重视。随着全球能源的供应紧张,越来越多的目光聚焦海洋,海洋蕴含有大量的天然气、石油资源,国家油气资源的开发利用不断向海洋倾斜,对先进、可靠的水下连接技术需求迫切。因此,对摩擦叠焊技术进行研究具有重要的工程和理论意义。本文针对水下管状物修复工况多样性问题,围绕水下摩擦叠焊机的结构设计、结构优选、可适应性评价展开研究。本文首先阐述了摩擦叠焊的原理和过程,在需求分析和功能分析的基础上,提出闭式结构和开式结构两种叠焊机结构形式,并对叠焊机的工作原理和焊接过程进行了详细说明。其次,对两种结构形式的摩擦叠焊机进行模块划分和再设计,设计出标准接口后通过模块重组得到多种叠焊机整机方案,对各方案的重要性能指标进行计算,为下一步的方案综合评价提供数据支撑。再次,阐述了灰关联评价法的相关概念,描述了利用灰关联法进行方案评价优选的详细步骤:确定评价指标及其层次关系,建立原始数据矩阵,进行数据处理得到灰关联系数矩阵后,确定各评价指标的权重系数,计算灰关联度,最终针对不同的修复位置分别优选出综合性能最优的结构形式。然后,阐述了基于集合的可适应性评价过程,同时给出了基于成本的可适应因子及可适应度的内涵和计算方法,通过计算得到叠焊机的可适应度,验证了可适应设计的有效性和实用性。最后,加工出摩擦叠焊样机,对摩擦叠焊机的Z向驱动同步性、夹紧机构和间隙调整机构等关键技术进行了实验研究,利用叠焊机对管状物进行焊接实验,为后续的研究提供现实依据。