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。     

船舶结构T型接头焊接变形数值模拟研究

基于ANSYS WORKBENCH有限元软件,建立了某集装箱船T型焊接接头的热-弹塑性有限元模型。通过顺序耦合的计算方式,对接头的焊接温度场、焊接残余应力及变形进行了数值模拟。最后将数值模拟结果与试验结果进行比较。研究结果表明：数值模拟计算得到的T型接头横向位移和纵向位移与试验结果相符合,所建立的数值模拟模型较准确地预报了T型接头的焊接变形情况。     

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。     

典型焊接接头固有应变的影响因素研究

基于热弹塑性有限元法采用多线性各向同性强化原则对船级钢T型接头的焊接过程进行了数值模拟,重点研究分析热输入量、焊接速度及焊脚长对固有变形的影响.从T型接头的固有应变数值分析与实验结果对比可以得到:当热输入量一致,数值计算的温度场和角变形与试验结果基本一致;角变形随着焊接速度和焊脚长增大,先增大后减小;横向收缩与纵向收缩率则有着不同的比例关系。     

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。     

轻量化造船中薄板对接焊失稳及其临界条件

针对3mm厚的低碳钢薄板进行对接焊试验,使用光学面扫描方法测量焊后的面外变形,可明显地观察到"马鞍形"的失稳变形形状;使用热-弹-塑性有限元分析,并考虑大变形理论,再现薄板对接焊的失稳变形现象,且预测的面外变形与实际测量结果相当吻合。以焊接固有变形为载荷,进行弹性有限元分析,其预测的焊接面外变形与热-弹-塑性有限元分析及试验测量也具有很好的一致性。同时,通过一系列的热-弹-塑性有限元计算和基于固有变形增量法的弹性有限元计算都可获得该对接焊接头发生焊接失稳变形的临界条件,两个结果也相当一致。     

20000TEU集装箱船水密横舱壁结构精度建造的预控

水密横舱壁作为20000TEU集装箱船的关键结构,对尺寸精度的要求十分严苛,而焊接变形严重影响其建造精度。针对这一问题,采用基于固有变形理论的弹性有限元分析,来预测水密横舱壁结构的面外焊接变形。比较了计算固有变形的两种方法的准确度,并且总结了热输入与固有变形各分量的经验公式,还提出了减小面外焊接变形的措施。结果表明,通过与实测数据对比验证了弹性有限元分析可快速、准确地预测水密横舱壁结构的面外焊接变形;对于对接接头,变形反演法比应变积分法得到的横向固有弯曲更准确;热输入与固有变形各分量呈线性递增关系;将整个水密横舱壁结构由原来的3段分成5段,并采用对称焊接顺序,面外焊接变形最小,同时会降低对船厂吊装能力的要求。     

20000TEU集装箱船水密横舱壁结构精度建造的预控

水密横舱壁作为20000TEU集装箱船的关键结构,对尺寸精度的要求十分严苛,尤其是焊接变形严重影响其建造精度。针对这一问题,采用基于固有变形理论的弹性有限元分析,来预测水密横舱壁结构的面外焊接变形。同时,比较了计算固有变形的两种方法的准确度,并且总结了热输入与固有变形各分量的经验公式,还提出了减小面外焊接变形的措施。结果表明,通过与实测数据对比验证了弹性有限元分析可快速、准确地预测水密横舱壁结构的面外焊接变形;对于对接接头,变形反演法比应变积分法得到的横向固有弯曲更准确;热输入与固有变形各分量呈线性递增关系;将整个水密横舱壁结构由原来的3段分成5段,并采用对称焊接顺序,面外焊接变形最小,同时会降低对船厂吊装能力的要求。     

5083铝合金平板对接焊接变形实验与计算分析

采用实验和数值模拟对5083铝合金焊接变形规律进行了研究。采用热弹塑性有限元法对平板对接焊变形进行分析,结果表明,采用板单元有限元计算的平板焊接横向、纵向、面外变形分布与实验测量结果一致。     

船体结构T型接头焊接变形预测及控制研究

T型接头的焊接变形会对船体结构件的安装以及强度安全等方面带来不利影响,基于SYSWELD有限元分析软件,利用热弹塑性非线性有限元计算方法并选取双椭球体积热源模型,模拟T型接头开单边V型坡口时的焊接变形。基于预测结果,提出改变焊接顺序来控制焊接变形,通过对四种方案下焊接变形结果的对比确定了最优方案并进行了理论分析,为实际生产过程中焊接变形的预测和控制提供了理论指导。     

基于固有应变理论的船体焊接变形仿真研究

大型船舶构件尺寸大、焊缝分布广,传统的有限元焊接仿真方法难以满足其大尺寸结构计算的要求。基于热弹塑性有限元法对T型局部接头进行焊接变形计算,获取焊缝处平均固有应变值,然后将其作为初始载荷施加在全尺寸壳单元分段模型上进行弹性计算,最终得到大型分段的整体焊接变形。仿真结果表明,结合小模型的热弹塑性法和大结构固有应变法,能准确高效的预测大型结构的焊接变形。     

加强筋薄板船体结构的焊接失稳变形预测与控制

高强钢(HTSS)薄板结构可很好地解决船体结构的自重问题,但在焊接组装时,焊缝处的收缩力很可能使其发生焊接失稳。以T型焊接接头为研究对象,应用热弹塑性有限元分析和大变形理论,给出焊接失稳模态、变形量和发生失稳的临界条件,提出相应的控制措施。     

角焊缝角变形产生机制的研究

以T形焊接接头为算例,用有限元数值计算方法研究了六个固有应变分量各自对角焊缝角变形的作用效应,发现导致角变形产生的主要因素是与焊缝平行的平面内垂直于焊缝方向的固有剪切应变分量;将该固有剪切应变分量以均匀和非均匀两种分布形式施加在焊缝区,发现只有非均匀分布的固有剪切应变使焊接接头产生角变形.由此可知:角焊缝角变形产生的主要原因是在焊缝及其附近区域不均匀分布的固有剪切应变分量,而不是板厚方向上非均匀分布的横向固有正应变分量.此结论指出了关于焊接角变形产生机制的传统思维的认识误区,对研究预测角焊缝角变形简化方法具有指导意义.     

基于固有变形的船用钢薄板对接焊失稳变形的数值分析

在船用钢薄板的焊接过程中,不但会产生常见的焊接变形,也有可能产生焊接失稳变形。本文以焊缝的固有变形为依据,阐明船用钢薄板对接焊失稳变形产生的内在机理；同时,以固有变形为输入参数,通过弹性有限元分析的数值模拟,预测出可能产生的失稳变形模态和变形值；最终,通过四种不同的工艺方法(激光焊、瞬态热拉伸、随焊激冷和间断焊等),来减小固有变形的数值,并控制薄板对接焊接头可能产生的失稳变形。     

水火炫板弯形中的面内扭曲及收缩变形

给出了水火弯板弯形中的面内扭曲，沿板宽方向变化的横向收缩及沿板长方向变化的纵向收缩的描述函数，实验测量及有限元计算结果揭示了水火弯板变形中存在的，为一般研究所忽略的面内扭曲变形及纵向收缩变形，指出横向民缩变形也没板长方向变化，大量有限元计算结果表明，各种影响因素下的扭曲变形及收缩变形都可以用函数描述，通过计算结果的回归分析，得到了这些函数。     

T型焊接结构的角变形控制

T型焊接在船舶结构中的应用是非常广泛的.T型接头附近局部的加热及冷却使被焊结构产生残余应力及角变形.目前在船厂精度控制中,通常采用构件焊接后对某些部位进行火工校正的方法来控制残余角变形.论文提供了另外一种有效控制结构残余角变形的方法:对结构焊前施加弹性的反向角变形.文中首先利用热弹塑性有限元来模拟未施加反变形的结构的焊接过程,以估算残余角变形;然后模拟施加了弹性反变形的结构的焊接过程,并计算此时结构的残余角变形,以最终确定构件所需要的弹性反向角变形值.施加了弹性反向角变形的构件在焊接后无需进行火工校正.     

船舶甲板分段纵骨焊接变形和残余应力数值模拟

基于非线性分析软件Abaqus,采用顺序耦合的热弹塑性有限元方法研究典型船舶甲板分段纵骨焊接的变形与残余应力问题。焊接过程中的温度场分析采用具有截面积分shell单元的shell/solid模型,移动热源为高斯分布与均匀体组合热源,材料考虑应变随温度变化的特性。通过与T型接头焊接实验结果对比,验证了方法的可靠性。在此基础上,计算分析了甲板分段纵骨焊接的整体变形和局部板格变形,并讨论了外板纵向和横向焊接残余应力分布规律。     

舰船舱壁钢结构关键节点焊接变形控制研究

为减小舰船舱壁钢结构关键节点焊接变形量,从焊接顺序调节角度,分析其对舱壁钢结构关键节点焊接变形的影响。将舰船舱壁钢结构的T型连接节点,作为研究关键节点焊接变形问题的分析目标,使用Sysweld有限元软件,构建此节点的有限元模型,分析舰船舱壁钢结构T型连接节点,在不同焊接顺序方案中,节点位置横向收缩变形、纵向收缩变形、角变形量变化。分析结果显示：舰船舱壁钢结构T型连接节点焊接时,使用1个焊枪对T型连接节点两侧焊缝进行同方向、按序焊接,可减小舰船舱壁钢结构关键节点的焊接变形量,且在此焊接顺序操作下,节点焊后开裂指数、等效塑性应变指数都相对减少。     

CCS-B船用薄板埋弧焊接工艺

针对船用薄板焊接难度大、接头成型效果差的问题,研究CCS-B船用薄板焊接采用细丝埋弧自动焊工艺,并对焊缝进行无损检测及接头硬度分布试验。研究结果表明:在试板焊接前横向要放1～2 mm反变形,反面焊接后拼缝通过焊接收缩控制变形;通过焊材的合理选用可以保证焊接接头的硬度分布符合规范要求。