大型船體焊接變形仿真技術(shù)研究及其應(yīng)用——50000T多用途船貨艙雙層底結(jié)構(gòu)焊接變形預(yù)測(cè).pdf

1、焊接是船舶制造最主要的加工手段，焊接水平的高低在很大程度上決定了船體的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，而焊接變形又是焊接過程中最難控制的一環(huán)。焊接變形的存在不僅造成了焊接結(jié)構(gòu)形狀變異，尺寸精度下降和承載能力降低，而且在工作荷載作用下引起的附加彎矩和應(yīng)力集中現(xiàn)象是船舶結(jié)構(gòu)早期失效的主要原因，也是造成船舶結(jié)構(gòu)疲勞強(qiáng)度降低的原因之一。因此，對(duì)焊接變形的預(yù)測(cè)及控制已成為船舶生產(chǎn)中迫切需要解決的重要課題。
　　對(duì)于大型船舶結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)的熱彈塑性理論建立三

2、維實(shí)體單元模型來模擬焊接過程需要消耗巨大的計(jì)算機(jī)資源，目前只適用于焊接接頭及較小結(jié)構(gòu)的焊接行為力學(xué)分析。將固有應(yīng)變預(yù)測(cè)法作為一種近似的手段引入焊接變形的數(shù)值模擬，是一種相對(duì)快速且有效的預(yù)測(cè)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接變形的方法，同時(shí)能夠獲得有一定準(zhǔn)確度的焊接殘余應(yīng)力和變形值，為反變形量（補(bǔ)償量）的計(jì)算提供了有力工具，即將預(yù)測(cè)所得的有關(guān)數(shù)據(jù)供焊接工藝設(shè)計(jì)時(shí)選擇參照，并確定實(shí)際生產(chǎn)時(shí)的預(yù)留變形量，以確保船舶結(jié)構(gòu)的焊接精度和質(zhì)量，其具有很大的實(shí)用價(jià)值和發(fā)

3、展前景。但值得一提的是，固有應(yīng)變預(yù)測(cè)法是建立在固有應(yīng)變數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上的，這個(gè)數(shù)據(jù)庫是準(zhǔn)確預(yù)測(cè)焊接變形的前提。
　　除了上述的固有應(yīng)變預(yù)測(cè)法，采用基于熱彈塑性理論的3D板單元方法對(duì)大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接過程進(jìn)行有限元模擬也是一種有效地近似計(jì)算方法。并且3D板單元熱彈塑性有限元法僅需較少的計(jì)算時(shí)間且在焊接變形量預(yù)測(cè)上具有較高的精度。
　　本文以生產(chǎn)中的50000T多用途船為研究對(duì)象，采用基于固有應(yīng)變預(yù)測(cè)法和3D板單元熱彈塑性有限元法

4、分別對(duì)該船貨艙雙層底分段進(jìn)行焊接變形的預(yù)測(cè)，并將這兩種方法的計(jì)算結(jié)果和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相比較。固有應(yīng)變預(yù)測(cè)法首先是通過大量的計(jì)算和實(shí)測(cè)，并在此基礎(chǔ)上整理得到一個(gè)簡化的以板厚為參數(shù)的固有應(yīng)變計(jì)算公式，然后基于該公式和經(jīng)驗(yàn)結(jié)果建立了船體結(jié)構(gòu)焊接的固有應(yīng)變數(shù)據(jù)庫，接著運(yùn)用基于固有應(yīng)變法和彈性有限元分析的焊接變形專用預(yù)測(cè)軟件 WSDP對(duì)該50000T多用途船的第6貨艙雙層底1C14P/C/S分段結(jié)構(gòu)的焊接過程進(jìn)行模擬計(jì)算，預(yù)測(cè)其焊接變形，最后將計(jì)算結(jié)果

5、與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。而3D板單元熱彈塑性有限元法則嘗試采用3D板單元建立有限元模型，考慮板單元的熱彈塑性，運(yùn)用大型商用軟件ABAQUS，對(duì)同一貨艙分段結(jié)構(gòu)的焊接過程進(jìn)行模擬，并將該計(jì)算過程、結(jié)果與固有應(yīng)變預(yù)測(cè)法的計(jì)算過程、結(jié)果及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。
　　研究結(jié)果表明，采用固有應(yīng)變預(yù)測(cè)法所計(jì)算的結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)具有較好的吻合，這將有利于完善修正固有應(yīng)變數(shù)據(jù)庫，同時(shí)，也進(jìn)一步驗(yàn)證了該固有應(yīng)變數(shù)據(jù)庫和簡化計(jì)算公式的實(shí)用性。基于固有應(yīng)變法的專