基于固有應變的船體分段焊接變形預測.pdf

1、船體分段在焊接過程中產(chǎn)生的焊接變形會給下一階段的焊接和裝配帶來很大的困難，甚至使船體結(jié)構(gòu)強度降低，在分段合攏時，需花大量的時間進行矯正和鏟割工作，這必然影響建造進度和經(jīng)濟效益。精確預測和控制焊接變形是現(xiàn)代化造船工藝的要求。 本文采用的基于固有應變的等效載荷法適用于船舶等復雜焊接結(jié)構(gòu)，先計算焊接區(qū)域的固有應變，固有應變由焊件上各點能達到的最高溫度和結(jié)構(gòu)的約束強度決定，再將固有應變轉(zhuǎn)化為等效載荷，進而應用彈性有限元分析求得整個結(jié)構(gòu)的

2、焊接變形。本文所作的具體工作如下： 1、利用桿-彈簧熱彈-塑性分析模型，觀察了焊接點的固有應變產(chǎn)生過程，對以前需假設(shè)固有應變分布形狀的方法作了改進，提出固有應變完全由溫度分布及約束度變化而決定，這種新方法得到了隨位置變化的固有應變分布。 2、不同于以往計算船體焊接溫度分布采用經(jīng)驗公式的方法，本文進行了平板堆焊和加筋板角接焊的3維瞬態(tài)熱傳導分析，考慮了材料性能隨溫度的變化，求出了每一瞬時船體分段的溫度場分布及整個焊接過程中

3、各點的最高溫度分布，本文的平板堆焊結(jié)果與解析解比較(圖3.18所示)，精度可靠。加筋板角接焊的結(jié)果與C.H.Lee(文獻[82])的結(jié)果相差3.04﹪。 3、本文結(jié)合他人文獻[86，87，92]在多種焊接條件下得出的實驗結(jié)果和單位載荷彈性分析法，得到了由溫度變化產(chǎn)生的內(nèi)部約束和由結(jié)構(gòu)物的剛性及邊界條件產(chǎn)生的外部約束。得出了焊接輸入熱量及各制造階段的結(jié)構(gòu)物的形狀變化與約束度的關(guān)系。計算中考慮了焊接點的彈性模量隨溫度上升而減小。本文

4、計算結(jié)果(圖4.11a)與參考文獻[82](圖4.11b)相比，相差分別為2.94﹪，7.14﹪，2.56﹪。 4、對固有應變分布進行積分求出等效載荷，在等效載荷計算中與國外參考文獻不同的是橫向載荷和縱向載荷都是沿焊縫方向變化的，在不同位置取不同的值，然后對整個結(jié)構(gòu)進行彈性有限元分析求得最終的焊接變形。 5、推導了熱彈性問題的基本方程組及其解法——位移法和應力法。又從能量的角度，通過互易定理將復雜的熱彈性問題簡化成等溫熱

5、彈性問題。并得到了矩形平板拉伸問題和彎曲問題在簡支邊界情況下的熱應力和熱變形解。 6、本文應用有限元軟件ANSYS，計算了多個船體模型的焊接變形，其中研究焊接順序?qū)ψ冃斡绊懙乃憷慕亲冃谓Y(jié)果與參考文獻[85]比較的差別如表6.2，驗證了本文方法的正確性。最后分析了雙層底分段的制造變形，驗證了本文方法在實際船體分段制造中的實用性，證明其可應用于船體分段的精度管理及質(zhì)量提高。 本論文在船體分段設(shè)計階段就可預測分段的最終變形量