基于固有应变的船体总段船台合拢焊接变形预测研究

预测船体总段船台合拢的焊接变形,对于船体制造工艺设计和精度造船具有重要的意义。文章在掌握固有应变概念的基础上,利用上海交通大学和日本大阪大学共同开发的基于固有应变的Weld-sta软件,对大型集装箱船的船体总段船台合拢焊接变形进行了预测。预测结果表明船台合拢总收缩变形量为50.339 mm,模拟计算结果与实际建造结果吻合,验证了固有应变为基础的弹性板单元有限元预测法在船体总段合拢焊接中应用的可行性,从而为船体总段合拢时补偿量或收缩量的确定提供数据支持和理论指导。     

50 000t级多用途船货舱双层底结构焊接变形预测

预测双层底船体结构单元的焊接变形,对于船体结构制造工艺设计和精度控制具有重要意义。以50 000 t级多用途船为对象,通过大量的计算和实测建立了船体结构焊接的固有应变数据库,整理得到了一个简化的以板厚为参数的固有应变计算公式,运用基于固有应变的弹性有限元分析的焊接变形预测专用软件WSDP,对第6货舱的双层底结构焊接变形进行预测,预测结果与实测结果具有良好的一致性,所建立的固有变形数据库以及简化计算公式的实用性得到验证。     

固有应变等效载荷法预测复杂结构的焊接变形

采用固有应变等效载荷法,对复杂船体分段结构的焊接变形进行模拟预测。将获得的固有应变在焊接固有应变区进行积分,把积分得到收缩力和收缩力矩定义为等效栽荷,确定等效戢荷的加栽区域及方式,运用有限元软件ANSYS,对焊接构件进行一次弹性有限元分析求解出结构的焊接变形量大小。文中以散货船的双层底分段结构为对象,采用固有应变等效载荷法对其进行焊接变形预测,计算结果表明,预测结果和实测结果具有良好的一致性,且计算时间短。     

大型尾部分段装焊固有应变有限元计算精度控制技术

船舶建造精度控制是对造船全过程的尺寸精度分析与控制,随着船体结构加工精度的不断提高,装配工艺装备、工艺程序的不断优化,船体装配与焊接精度控制的重点是对焊接过程中所产生的变形开展有效监测与防控。固有应变有限元计算是通过避开复杂的焊接过程,采用简单的弹性静载分析,简化计算过程,辅之于专用焊接变形预测软件,对焊接过程中的固有应变进行预测,给出相应的焊接变形补偿量,从而达到精度控制的目标要求,并在575000DWT散货船尾部分段生产实践中加以了应用。     

船用大型焊接结构的焊接变形预测实例

对船体结构中常见的焊接接头在焊接过程中的力学行为进行了热弹塑性有限元分析,确定其固有应变与热输入的关系。在掌握固有应变规律的基础上,应用固有应变焊接变形分析软件,对低温储罐结构的焊接变形进行了预测。表明采用基于固有应变的弹性板单元有限元法,能够对大型船体结构进行焊接变形预测。     

大型复杂船体分段焊接变形研究

为了预估大型复杂船体分段的焊接变形,运用热弹塑性法计算典型结构的焊接变形,得出典型船体分段的固有应变,采用固有应变法计算该船体分段焊接变形,并与实测结果进行对比验证。结果表明:采用固有应变法计算大型复杂船体分段的焊接变形是可行的;船体分段焊接变形呈现整体外张的趋势,且两舷侧边缘位置的焊接变形量最大。     

两次定位法船体总段大合拢

对中小型船舶建造中常用的船体总段大合拢方法,包括合拢前的工艺准备、合拢的工艺过程、防变形手段和质量控制以及环形焊缝的焊接等作了全面论述,提出在大接头焊接缝加马板;加放焊缝横向收缩补偿量等控制变形的具体措施。     

船体分段焊接变形仿真

船体分段在焊接过程中产生的焊接变形会使船体结构强度降低,然而精确预测和控制焊接变形是个难题.文章提供了准确预测焊接变形的固有应变等效载荷法.这种方法运用有限元法结合固有应变理论以及实验结果对焊接变形进行分析:引入简化的弹-塑性分析杆-弹簧模型,通过分析得到固有应变受焊接区域约束度及最高温度分布情况的影响;将固有应变转化为等效载荷,应用弹性有限元分析求得整个结构的焊接变形.计算结果与LEECH计算及实验结果吻合较好.     

固有变形计算方法及其在船舶焊接结构变形中的应用

采用基于固有应变法的弹性有限元分析预测大型复杂结构的焊接变形的前提是必须已知焊缝附近的固有变形。结构的焊接残余应力与焊接变形取决于其接头的固有变形大小及分布,因此开发精确计算接头固有变形的方法,并依此建立一个完善的固有变形数据库对于大型复杂结构焊接变形的预测有重要意义。文中提出了几种计算固有变形的方法包括公式法、热弹塑性有限元法、实测法,并分别采用这几种方法对典型T型接头的横向固有收缩与纵向固有收缩进行计算,三种方法得到的结果比较一致。在此基础上,进一步以典型船体结构为研究对象,采用依照这三种方法建立的固有变形数据库对其焊接变形进行预测,并与实测数据进行比较,验证了该数据库的有效性。     

固有变形计算方法及其在船舶焊接结构变形中的应用（英文）

采用基于固有应变法的弹性有限元分析预测大型复杂结构的焊接变形的前提是必须已知焊缝附近的固有变形。结构的焊接残余应力与焊接变形取决于其接头的固有变形大小及分布,因此开发精确计算接头固有变形的方法,并依此建立一个完善的固有变形数据库对于大型复杂结构焊接变形的预测有重要意义。文中提出了几种计算固有变形的方法包括公式法、热弹塑性有限元法、实测法,并分别采用这几种方法对典型T型接头的横向固有收缩与纵向固有收缩进行计算,三种方法得到的结果比较一致。在此基础上,进一步以典型船体结构为研究对象,采用依照这三种方法建立的固有变形数据库对其焊接变形进行预测,并与实测数据进行比较,验证了该数据库的有效性。     

舰艇典型分段焊接工艺仿真及其变形规律分析

针对舰艇分段结构采用不同的装焊工艺顺序，会出现不同的焊接变形的问题，以某舰艇256#分段焊接的整体最小变形量为目标，基于热弹塑性和固有应变理论，对该分段焊接常用的六种不同焊接工艺顺序，采用ABAQUS有限元软件进行焊接变形数值仿真；对比六种不同的方案计算结果表明，舰艇分段焊接采用C方案以矩形块为单位，由中间向两端对称焊接、从船中向两舷焊接横向和纵向构件的工艺顺序，该分段整体变形量为最小，为最优焊接工艺顺序方案。     

Recent research on welding distortion prediction in thin plate fabrication by means of elastic FE computation

Elastic FE simulation with inherent deformation and interface element is an ideal and practical computational approach for predicting welding distortion in production of thin plate structures. In this study, recent researches on inherent deformation theory and welding induced buckling investigation of ship panel were sequentially introduced. Taking bead-on-plate welding as research objective (plate with 2.28 mm in thickness), integration approach with inherent strain was proposed to accurately and conveniently evaluate magnitude of inherent deformation. Also, average temperature to clarify the mechanism of influential effect of plate width on magnitude of inherent deformation was presented and examined. With the mechanism investigation of welding induced buckling by elastic FE analysis using inherent deformation, an application for predicting and mitigating the welding induced buckling in fabrication of ship panel with thin plates by employing different welding procedure patterns was carried out. Examined intermittent zigzag welding procedure is effective to reduce the magnitude of in-plane inherent shrinkages and control the possible welding induced buckling.     

薄板焊接变形高精度预测方法的研究

采用固有应变方法预测焊接变形时,传统方法是把纵向收缩、横向收缩和角变形这三成分作为接头的固有变形来估算焊接变形。但是,由于薄板的刚度低,在纵向方向上的弯曲变形也较明显,采用传统方法会影响薄板焊接变形的预测精度。为提高精度,文章对传统的方法进行了改进,开发了包括考虑纵向弯曲在内的四成分固有变形数值计算方法来预测薄板焊接变形。数值模拟结果表明:运用该方法预测薄板的焊接变形时,比传统的方法有更高的精度,而且预测结果与热弹塑性有限元的模拟结果十分吻合。     

预测船体分段焊接变形方法概述

船体分段在焊接过程中产生的焊接变形会使船体结构强度降低,精确预测和控制焊接变形是现代造船工艺的要求.焊接变形分析方法包括实验法、解析法、数值分析法、等效载荷法等,常用的是后两种方法.数值分析法采用热弹-塑性有限元模型精确模拟焊接现象,但计算工作量大;等效载荷法计算焊接区域的固有应变,并将其转化为等效载荷,进而应用弹性有限元分析求得整个结构的焊接变形.     

船体结构T型接头焊接变形数值模拟研究

船体结构的焊接变形控制,在很大程度上决定船舶的建造质量和生产效率,影响着我国造船精度管理和控制技术的推广和应用;T型接头是船体板架结构中最典型、同时也是数量最多的接头形式,通过对不同焊接速度、不同焊脚长度影响因素下,焊接热输入量的有限元分析,对焊接所产生的固有应力、应变进行模拟计算,从而得出了相应的纵向、横向焊接变形,为T型接头焊接变形的有效控制提供了准确的数据,研究成果为我国现代造船模式的建立、造船精度控制产生积极作用。     

Numerical prediction and mitigation of out-of-plane welding distortion in ship panel structure by elastic FE analysis

As an application to predict and mitigate the out-of-plane welding distortion by elastic FE analysis based on the inherent deformation theory, a panel structure of a pure car carrier ship is considered. The inherent deformations of different types of welded joints included in this ship panel structure are evaluated beforehand using thermal elastic plastic FE analysis. Applying idealized boundary condition to focus on the local deformation, elastic FE analysis shows that the considered ship panel structure will buckle near the edge and only bending distortion is dominant in the internal region. In order to mitigate out-of-plane welding distortion such as buckling and bending, straightening using line heating is employed. In the internal region, only inherent bending with the same magnitude as welding induced inherent bending is applied on the opposite side of welded joints (fast moving torch). On the other hand, only in-plane inherent strain produced by line heating is introduced to the edge region to correct buckling distortion (slow moving torch). The magnitude of out-of-plane welding distortion in this ship panel structure can be minimized to an accepted level.     

应用固有应变法计算焊接变形时材料模型的选择研究

分别采用理想弹塑性模型和双线性强化模型,推导出各自的固有应变计算公式,研究不同材料模型对于焊接结构变形的影响。研究结果表明,两种固有应变计算公式所预测的变形结果之间相对误差较小,即不同材料模型的选择对预测结构焊接变形的影响可以忽略。