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。     

弹塑性固有应变法在厚壁球面舱壁结构焊接中的应用

针对热弹塑性有限元法仅适用小规模焊接的弊端,采用弹塑性固有应变法对厚壁球面舱壁结构的焊接工艺进行模拟,并对球面舱壁结构的焊接工艺进行优化,最终给出球面舱壁结构合理的焊接工艺.在大型有限元软件ANSYS的基础上,通过开发的热弹塑性焊接计算程序得到单道焊缝焊接时的残余应变;通过残余应变等效,对球面舱壁的各焊缝处施加温度载荷;通过一次弹塑性有限元法得到厚壁球面舱壁结构的整体变形.通过开展不同焊接工艺下球面舱壁结构的焊接变形分析,给出厚壁球面舱壁结构合理的焊接工艺.     

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。     

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。     

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。     

20000 TEU集装箱船抗扭箱结构的焊接变形预控

抗扭箱作为20 000 TEU超大型集装箱船的关键结构,由于其组成的板材较厚且与集装箱直接接触,因此需严格控制该结构的面外焊接变形。采用基于固有变形理论的弹性有限元分析,预测抗扭箱的焊接变形,预测结果与实际测量结果比较吻合;通过设计大厚板的非对称X型坡口来控制面外变形,结果表明:采用非对称设计的X型焊接坡口有利于减小变形,仅需一次翻身,可提高生产效率。不考虑装配间隙时,基于高效的热-弹-塑性有限元计算归纳出超厚板(40 mm～85 mm)的最佳正反面坡口深度比;考虑实际生产中的装配间隙时,最佳正反面坡口深度比与板材板厚呈非线性关系。最后,将考虑装配间隙时优化的非对称坡口焊接接头应用到抗扭箱结构中,面外焊接变形减小明显,有利于指导船厂的实际生产。     

基于Weld-sta软件的船体结构焊接变形预测

预测船体复杂结构的焊接变形对制造工艺设计和精度控制具有重要的工程价值.基于固有应变理论,利用船体结构焊接变形预测专用软件Weld-sta对多用途船双层底结构焊接变形进行了预测,发现船长方向收缩最大变形量为13.2mm,船宽方向最大变形量14.5 mm.通过数值模拟结果与实验实测值的对比,可以得到软件计算的精度超过80%,验证了固有应变理论及软件用于焊接变形预测的可靠性,并在此基础上针对船体总段船台合拢的焊接变形进行了预测,发现焊接总收缩变形量为50.339 mm,与实际加工经验基本吻合.根据此结论可以针对各船体总段预留合理的焊接变形收缩量,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.     

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。     

线加热实现枕型船体外板成形的弹性有限元分析

基于固有变形理论和弹性有限元分析,以氧-乙炔火焰加热的固有变形为输入参数,应用弹性有限元分析预测船体板材的面外变形;对比两种不同加热模式下板材受热弯曲成形的效率。研究分析表明,弹性有限元分析可高效地预测板材成形的效果,且从边缘到边缘的平行线加热模式,更有利于板材的弯曲成形。     

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.     

20000TEU集装箱船抗扭箱结构的焊接变形预控

抗扭箱作为20000TEU超大型集装箱船的关键结构,由于其组成的板材较厚且与集装箱直接接触,因此需严格控制该结构的面外焊接变形。采用基于固有变形理论的弹性有限元分析,预测抗扭箱的焊接变形,且与实际测量结果比较吻合;通过设计大厚板的非对称X型坡口来控制面外变形,结果表明：采用非对称设计的X型焊接坡口更有利于减小变形,仅需一次翻身、提高生产效率。在不考虑装配间隙时,基于高效的热-弹-塑性有限元计算归纳出超厚板(40mm~85mm)的最佳正反面坡口深度比;而考虑实际生产中的装配间隙时,最佳正反面坡口深度比与板材厚板呈非线性关系。最后将考虑装配间隙时,优化的非对称坡口焊接接头应用到抗扭箱结构中,面外焊接变形减小明显,有利于指导船厂的实际生产。     

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。     

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.     

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。     

固有应变的概念及其在船舶建造中的应用

本文阐述了固有应变的基本概念及影响因素,介绍了以固有应变为基础的弹性板单元有限元残余变形预测法。通过典型船体结构的焊接变形预测和船板的热应力弯曲成形变形计算的实例,验证了固有应变为基础的弹性板单元有限元残余变形预测法在船舶工业中应用的可行性。     

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。     

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。     

Tendon Force 的概念及计算方法

Tendon Force的概念最早由White提出，它可以理解为焊接接头中的固有应变所产生的固有应力的积分值。Tendon Force的研究，在以固有应变理论为基础的弹性有限元法预测大型复杂结构的焊接变形，以及热应力弯板成形中，具有重要的意义。本文阐述了Tendon Force的概念，提出了Tendon Force的计算方法，在此基础上，通过热弹塑性有限元分析得到了Tendon Force与输入能量的关系式。     

基于固有应变的海洋平台典型结构焊接变形预测

应用热弹塑性有限元分析和弹性有限元法,对半潜式起重拆解平台中连接平台和浮体的典型结构进行焊接变形的预测。通过对焊接接头的预测分析,得到其固有应变,再将计算得到的固有变形以载荷的形式加载到整个结构中,得到整个结构的焊接变形。通过对3种焊接顺序的比较,得到焊接变形最小的方案。在此基础上,考虑开口对结构焊接变形的影响。研究结果将对半潜式起重拆解平台特殊结构的焊接工艺优化提供理论支撑和数据支持。     

基于固有应变的海洋平台典型结构焊接变形预测

针对半潜式起重拆解平台,运用热弹塑性有限元分析和弹性有限元法,对平台中连接平台和浮体的典型结构,进行焊接变形的预测。通过对焊接接头的预测分析,得到其固有变形,再将计算得到的固有变形,以载荷的形式加载到整个结构中,得到整个结构的焊接变形。通过对三种焊接顺序的比较,得到焊接变形最小的方案。在此基础上,考虑开口对结构焊接变形的影响。研究结果将对半潜式起重拆解平台特殊结构的焊接工艺优化提供理论支撑和数据支持。