船舶和海洋结构物建造中的计算焊接力学进展

针对薄板结构的失稳现象,基于固有变形理论和弹性有限元分析,预测其焊接失稳变形分布、失稳变形模态及对应临界失稳条件;针对海洋平台中厚板的多层多道焊问题,热弹塑性有限元分析需要消耗大量的计算机资源以及计算时间,且计算精度不易确保,这就需要应用更先进的数值分析方法进行研究,若得到焊接残余应力的精确分析结果,则可用于焊接接头和结构的强度、断裂等性能的评估。总结当前轻量化造船中薄板结构的焊接失稳变形,以及海洋平台用大厚板结构多层多道焊的残余应力等计算焊接力学的进展,并归纳了影响焊接接头力学性能的因素。     

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。     

基于固有变形的薄板船体结构焊接失稳变形研究综述

薄板船体结构在建造过程中,不仅会产生焊接变形,而且可能产生焊接失稳变形。基于薄板焊缝的固有变形,论述焊接结构失稳变形发生的机理,计算失稳变形模态和变形值以及失稳发生时的临界焊接工艺和固有变形。最后,对预防和控制薄板船体结构焊接失稳的措施进行了归纳。     

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。     

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。     

某船用薄板焊接变形快速预报方法

提出一种快速预报焊接变形的方法,基于热弹塑性有限元法与固有应变法对薄板焊接过程进行数值仿真分析,得到"热-固结合式"的快速计算方法,并以船用薄板为研究对象验证了该方法预报焊接变形的合理性与准确性,为船厂现场焊接作业提供了技术指导.     

焊接工艺参数对焊接变形及残余应力的影响

为了研究焊接工艺参数对焊接变形及残余应力的影响,文章基于非线性有限元法对平板对接焊焊接过程进行了数值模拟,结果表明:对于焊缝中心线上任一点,横向变形随外界环境温度的升高而减小;在3种热源功率下,最大横向变形均出现在焊接末端,其值随热源功率的增大而减小。说明外界环境温度越高,焊接效果越好,焊接热源功率越大,焊接效果越好。     

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。     

焊接反变形规律的实验验证

焊接接头附近局部加热及冷却使焊接结构产生残余应力及角变形。利用热弹塑性有限元法模拟钢结构的焊接过程,经计算发现,焊前施加弹性反变形的结构,焊后角变形趋于零。该数值模拟结果说明,对结构焊前施加弹性反向角变形,是控制被焊结构残余角变形的有效方法。通过焊接实验再次证明,弹性反向角变形对控制钢结构残余角变形的重要意义。     

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。     

船体结构焊接变形预测与控制技术研究进展

船体结构的焊接变形控制是精度造船的重要组成,对于提高舰船质量、缩短造船周期等方面具有重要意义。本文论述了船体结构焊接变形预测与控制技术的研究进展在船舶行业的应用情况,讨论了焊接变形预测的各种数值仿真方法及其特点,重点阐述了热弹塑性有限元法和固有应变法在船舶行业的应用前景,介绍了控制焊接变形的各种措施,推动精度造船技术在船厂的应用。     

焊接变形和应力对甲板板架极限强度的影响

船舶建造过程中,焊接引起的结构变形和应力对船舶结构性能产生影响。以典型船舶甲板板架为例,研究焊接初始缺陷对甲板板架极限强度的影响。采用数值仿真方法模拟甲板板架的焊接过程,获得结构焊接变形和残余应力,对含初始缺陷的板架结构施加轴向压缩载荷,计算板架结构的极限强度,并与理想结构进行比较研究。结果表明,轴向压缩载荷下,甲板板变形过大是引起板架整体失稳的主要因素;焊接变形及残余应力显著地削弱甲板板架极限承载能力,焊接初始缺陷降低甲板板架整体刚度,影响结构失效模式。     

确定焊接反变形的数值模拟及规律分析

焊接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.文章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变形.利用热弹塑性有限元法来模拟结构的焊接过程,并对不同板厚、不同热源的结构分别进行数值模拟,最终确定焊接结构的弹性反变形规律:焊接前施加弹性反变形的结构在焊接后角变形趋于零.     

船体薄板结构T型焊接失稳形变控制方法研究

针对原有船体T型焊接失稳形变控制方法因焊接方式选择不当造成控制效果较差的问题,设计新型船体薄板结构T型焊接失稳形变控制方法。基于失稳形变原理特征,采用有限元模型完成T型焊接处模型的构架,并设定相应的尺寸参数。根据构建完成后的模型,对焊接处的收缩力进行分析,得出其具体数值与变化规律。根据变化规律,更新船体T型焊接的焊接工艺参数与焊接方法,以此控制失稳形变现象的产生。通过实验研究分析可知,与原有控制方法相比,此方法的形变数值在形变临界值内,波动稳定,原有方法形变数据值波动较大,不易控制。因而,此方法控制效果更佳。     

基于热弹塑性有限元法船舶薄板结构焊接变形模拟与预报

本文论述了基于热弹塑性有限元法对不同焊接顺序下薄板焊接变形的模拟和预报,介绍了模拟过程中关键问题的处理,如材料相变的应对措施,移动热源的加载过程的模拟,生死单元法在焊缝生成模拟中的应用。本文以T型构件两侧角焊缝为研究对象,设计4个常用焊接顺序,利用Ansys分别模拟不同顺序下的焊接过程,并进行热弹塑性有限元分析,根据温度场与合位移场分布情况,得出焊接变形的最小的最佳焊接顺序。说明基于热弹塑性有限元法可以实现不同焊接顺序下焊接变形的模拟和预报。计算结果与实测一致。     

基于塑性反变形法的角焊缝焊接变形控制研究

焊接残余变形的存在会极大地影响焊接构件的质量和企业的生产效益,船厂现行的火工矫正消除焊接变形的方法费时费力。为实现焊接变形的有效控制,在热弹塑性有限元法预测焊接残余变形的基础上,采用正交试验设计寻求使变形量最小的工艺参数组合,并通过2种反变形施加方法进行预置塑性反变形下的T型接头焊接变形控制研究。结果显示:预置塑性反变形法能够补偿焊接变形量,构件的焊后平整度较好,可为生产工作提供参考。     

T形焊接接头残余应力与变形的三维数值模拟

焊接残余应力和变形是个长期困扰船舶行业的难题。本文介绍了预测焊接残余应力和变形的基本数值理论,用MSC.Marc有限元分析软件对T形接头的焊接过程进行了实时三维数值模拟,并对焊接温度场、残余应力分布以及角变形计算结果进行了分析说明。     

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。     

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.     

基于热弹塑性计算分析的甲板分段建造反变形值设置方法

主要采用顺序耦合热弹塑性有限元法,对甲板分段建造过程的焊接变形进行研究,在自由状态下模拟焊接过程中甲板分段变形变化规律和产生机理,分析计算结果确定反变形值设置,提高其建造平整度,为甲板分段建造的精度控制提供参考依据。