新型大潜深平台多耐压体连接结构设计

采用规范和有限元方法,对560m静压作用和坐墩工况下的某虚拟大潜深载人平台耐压壳与轻外壳之间的连接结构进行了设计和力学分析。在静水压力工况下,先根据总体布置提出并排的三耐压圆柱壳外部连接结构舱段方案;然后通过有限元方法,研究各方案的结构受力规律,通过受力分布特性对结构逐步修改;最后给出整艇结构方案和连接结构的受力特性以及连接结构对三耐压壳体的受力影响规律。通过计算分析及对比,得出了此艇结构在4种坐墩工况下的受力规律。     

基于压条拘束的薄板接头焊接失稳控制

将焊接试验与数值模拟相结合，对采用压条拘束控制的2种典型焊接接头失稳变形机理进行了研究。基于热-弹-塑性有限元方法，分别再现5mm厚对接接头和T型接头在常规自由态和压条拘束下的焊接过程，将2种接头计算得到的面外变形与焊接试验后测量的面外变形进行对比，从而验证所采用的有限元计算方法的准确性。分别计算对接接头与T型接头在不同压条拘束距离下的面外变形，并分析拘束距离对2种接头焊接失稳变形的控制效果；比较不同拘束距离下接头的焊接温度场及固有变形，阐明压条拘束控制2种焊接接头失稳变形的机理。结果表明：施加压条拘束使对接接头的纵向固有收缩和横向固有弯曲均减小，从而控制其焊接失稳变形；T型接头施加压条拘束后，几乎不影响纵向固有收缩，但使得横向固有弯曲显著减小，从而达到控制焊接失稳变形的效果。     

高强度钢典型焊接接头参数对残余应力的影响

随着深海耐压结构下潜深度不断加大,高强度钢应用越来越广泛。高强度钢对焊接残余应力较为敏感,会对深海耐压结构的疲劳强度产生不利的影响。本文基于焊接热力学理论,利用Ansys的APDL编程语言对高强度钢耐压壳典型焊接接头模型的焊接残余应力进行数值模拟,得出焊接残余应力分布,并与无损检测结果进行对比,结果显示耐压壳典型焊接接头模型数值模拟结果与试验测量结果趋势基本一致。在此基础上研究材料属性及边界条件对耐压壳典型焊接接头焊接残余应力的影响。结果显示:焊缝附近区域存在较大的残余应力,凸面主要是压应力,凹面以拉应力为主;随着与焊缝中心线距离的增大焊接残余应力的值会降低;改变材料属性和边界条件后,耐压壳典型焊接接头模型焊接残余应力幅值会发生变化,并在焊缝附近区域表现更为明显。本文研究结果可为高强度钢水下耐压结构的安全性研究提供相关理论基础。     

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。     

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。     

钢铝过渡接头的应用研究

为降低船舶的质量重心、提高航速,某型船上层建筑首次采用铝合金材料。以往铝合金材质的上层建筑与钢质主船体采用铆钉连接,现已逐渐被钢铝过渡接头所替代,其优点为采用焊接工艺、水密性好、耐腐蚀,还使得建造工艺大为简化,但在实际建造中出现了钢铝过渡接头分层的质量问题,直接影响船舶质量。对此,阐述如何从钢铝过渡接头特性出发,对钢铝过渡接头分层的原因进行分析,对钢铝过渡接头之间的焊接接头连接形式以及钢铝过渡接头与钢质主船体、铝合金上层建筑的连接形式进行优化;控制钢铝过渡接头焊接时焊点的厚度,焊接时不超过钢铝复合界面,且焊接点与钢铝复合界面的距离>3mm;控制复合界面临界温度,焊接过程中界面温度应低于临界温度,并留有安全裕度。通过优化钢铝过渡接头连接结构形式及焊接工艺规则,掌握了解决钢铝过渡接头分层原因的关键技术。     

钢铝过渡接头的应用研究

为降低船舶的质量重心、提高航速,某型船上层建筑首次采用铝合金材料。以往铝合金材质的上层建筑与钢质主船体采用铆钉连接,现已逐渐被钢铝过渡接头所替代,其优点为采用焊接工艺、水密性好、耐腐蚀,还使得建造工艺大为简化,但在实际建造中出现了钢铝过渡接头分层的质量问题,直接影响船舶质量。对此,阐述如何从钢铝过渡接头特性出发,对钢铝过渡接头分层的原因进行分析,对钢铝过渡接头之间的焊接接头连接形式以及钢铝过渡接头与钢质主船体、铝合金上层建筑的连接形式进行优化;控制钢铝过渡接头焊接时焊点的厚度,焊接时不超过钢铝复合界面,且焊接点与钢铝复合界面的距离>3mm;控制复合界面临界温度,焊接过程中界面温度应低于临界温度,并留有安全裕度。通过优化钢铝过渡接头连接结构形式及焊接工艺规则,掌握了解决钢铝过渡接头分层原因的关键技术。     

焊接残余应力对深潜器耐压球壳承载能力的影响

耐压球壳通常采用焊接方式将两个半球壳连接成整球,在焊缝处产生的接近材料屈服强度的焊接残余应力对球壳的承载能力有多大的影响,是否需要做焊后消除残余应力处理,将直接影响球壳的安全性和生产成本。而现有对球壳极限强度计算,无论是理论计算还是数值计算,均只考虑了球壳初始缺陷中的几何缺陷对球壳极限强度的影响。该文将在现有的耐压壳极限强度设计公式基础上,采用数值计算的方法对耐压球壳的焊接过程进行数值模拟,得到焊后球壳的焊接残余应力分布,并在此基础上考虑残余应力对球壳极限强度的影响,结果表明,对于大潜深厚球壳,焊接残余应力对耐压球壳承载能力影响不显著,为大深度潜器耐压球罐是否需做焊后消除残余应力处理提供了一定的参考依据。     

超声冲击法改善高强钢焊接接头的疲劳性能

焊接接头的疲劳强度远低于母材 ,大量试验表明疲劳裂纹主要起源于接头焊趾处。使用超声冲击法处理接头 ,以改变焊趾区几何形状、消除焊趾缺陷、调整焊趾区残余应力场 ,是改善焊接接头及结构疲劳强度的一种有效方法。利用自行研制的超声冲击装置 ,采用两种接头形式 (纵向角接接头和对接接头 )进行了 SS80 0高强钢原始焊态与超声冲击处理态的疲劳对比试验 ,结果表明 :( 1 )双面焊对接接头焊态试件的疲劳强度Δσ ( 2× 1 0 6 )为 1 5 0 MPa;单面焊对接焊态试件的疲劳强度Δσ ( 2× 1 0 6 )为 1 3 2 MPa;纵向角接焊态试件的疲劳强度Δσ ( 2× 1 0 6 )为 98MPa。 ( 2 )超声冲击处理态单面焊双面成型试件与原始焊态试件相比 ,疲劳强度提高 1 3 2 %左右 ,疲劳寿命延长了 48～ 1 3 2倍 ;双面焊接对接超声冲击处理态试件与原始焊态试件相比 ,疲劳强度提高95 %左右 ,疲劳寿命延长了 2 2～ 62倍 ;纵向角接接头超声冲击处理试件与原始焊态试件相比 ,疲劳强度提高1 73 %左右 ,疲劳寿命延长了 3 2～ 70倍。 ( 3 )超声冲击处理技术能够大幅度改善高强钢焊接接头的疲劳性能     

船体钢焊接接头的韧性要求与控制

在实验室条件下,以ＦＴＰ准则为判据,对潜艇耐压壳体母材韧性进行了测评,并重点就焊接接头性能是否符合壳体抗爆要求的问题进行了小试样实验研究和理论分析,最后根据有关试验结果给出了接头质量控制的合理焊接工艺参数。