基于試驗(yàn)的海工用大型復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力數(shù)值模擬.pdf_第1頁(yè)
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1、焊接殘余應(yīng)力嚴(yán)重影響著大型焊接結(jié)構(gòu)服役的安全性和可靠性,采用數(shù)值計(jì)算方法對(duì)焊接過(guò)程進(jìn)行模擬有助于了解焊接應(yīng)力演變的過(guò)程?,F(xiàn)代焊接結(jié)構(gòu)向著大型化和復(fù)雜化發(fā)展,較大模型使得數(shù)值計(jì)算效率低下,嚴(yán)重阻礙數(shù)值計(jì)算在大型焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。本文在綜述國(guó)內(nèi)外焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)上,采用試驗(yàn)加數(shù)值計(jì)算的方法分析海工用大型復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力狀態(tài),重點(diǎn)研究了該類大型結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力的高效數(shù)值計(jì)算方法和應(yīng)力演變過(guò)程。首先,采用試驗(yàn)對(duì) EQ56試

2、板和大型焊接結(jié)構(gòu)焊縫周圍的殘余應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試,基于試驗(yàn)進(jìn)行 EQ56試板多道焊殘余應(yīng)力數(shù)值計(jì)算,在此基礎(chǔ)上進(jìn)行焊道數(shù)目以及帶狀熱源長(zhǎng)度的簡(jiǎn)化,為大型三維模型高效計(jì)算提供基礎(chǔ);然后,建立大型復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)的二維平面應(yīng)變模型,研究?jī)煞N不同坡口的焊縫焊道數(shù)目對(duì)應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算結(jié)果的影響;最后,在焊道簡(jiǎn)化結(jié)果和高效熱源模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行大型模擬件三維焊接殘余應(yīng)力場(chǎng)的計(jì)算,并對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果,選取三條路徑分別研究不同焊縫焊完后的應(yīng)力狀態(tài),從而得出焊接過(guò)程中的應(yīng)力

3、演化過(guò)程。
  焊道簡(jiǎn)化和帶狀熱源長(zhǎng)度優(yōu)化結(jié)果表明:計(jì)算的 EQ56試板上下表面應(yīng)力分布和試驗(yàn)結(jié)果相近,說(shuō)明計(jì)算模型、網(wǎng)格大小和計(jì)算方法合理;對(duì)于本文中計(jì)算的小試板32道焊接模型,可簡(jiǎn)化為7~11道計(jì)算,能兼顧計(jì)算效率和精度;對(duì)于250mm長(zhǎng)焊縫殘余應(yīng)力數(shù)值計(jì)算而言,熱源分段數(shù)目大于2段時(shí)能保證一定的計(jì)算精度,且計(jì)算效率顯著提高。
  針對(duì)大型模擬件二維平面應(yīng)變模型的研究表明:V型坡口與K型坡口未簡(jiǎn)化焊道的應(yīng)力分布與簡(jiǎn)化后的

4、應(yīng)力分布趨勢(shì)較接近,最大拉應(yīng)力都是出現(xiàn)在焊縫與軸承座連接的位置,與實(shí)際焊接過(guò)程中存在的危險(xiǎn)區(qū)吻合。從殘余應(yīng)力的計(jì)算精度以及三維大型模擬件的計(jì)算效率考慮,V型坡口35道焊縫可以簡(jiǎn)化成5道進(jìn)行三維大型模擬件的簡(jiǎn)化計(jì)算,K型坡口19道焊縫也可以簡(jiǎn)化成5道進(jìn)行三維大型模擬件的簡(jiǎn)化計(jì)算。
  用焊道簡(jiǎn)化結(jié)果和高效熱源模型計(jì)算所獲得的大型模擬件三維焊接殘余應(yīng)力場(chǎng),其應(yīng)力分布狀態(tài)和數(shù)值與實(shí)際測(cè)試結(jié)果基本一致。大型模擬件三個(gè)方向殘余應(yīng)力都會(huì)產(chǎn)生較

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