厚板多层多道对接焊残余应力轮廓法测量及热-弹-塑性有限元分析

船体外板结构多采用多层多道焊工艺建造,焊接产生的残余应力复杂,易导致焊接结构断裂和疲劳失效.本文采用轮廓法与基于并行计算技术的热-弹-塑性有限元研究Q235厚板多层多道对接接头内部残余应力分布及其变化过程,预测结果与测量结果吻合较好.预测结果表明,纵向残余应力在焊缝区为拉应力,沿接头宽度方向逐渐减小最终转变为压应力,正面焊缝中部区域拉应力值明显降低;横向残余应力在焊缝区上表面及背面填充处为拉应力,沿接头宽度方向逐渐降低,在正面焊缝中部区域为压应力;Z向残余应力主要存在于焊缝区,正面焊缝以压应力为主,背面焊缝以拉应力为主.厚板多层多道焊接过程中,残余应力变化是由于后一道焊缝对已焊的焊缝起到热处理作用导致的,焊缝接头残余应力分布由最后一道焊缝决定.     

边界约束对焊接残余应力及其释放的影响分析

采用热弹塑性有限元方法对AH36船用高强度钢对接焊的残余应力进行数值计算,获得了焊缝区域2条路径方向上的纵向残余应力和横向残余应力分布。分析焊接过程中板材不同边界约束对于焊接残余应力的影响,并与试验结果对比。计算结果表明,2条路径上的横向焊接残余应力均受边界约束影响较大,且约束越强残余应力越大;纵向焊接残余应力受边界约束影响与横向残余应力相反,约束越强残余应力越小。随着边界约束增强,加载同样循环次数,无论横向还是纵向焊接残余应力释放程度增加,第一次循环释放量占总的50次循环释放量比例逐渐增加。     

超大型集装箱船用超高强度钢EH47焊接残余应力模拟与实验研究

超高强度钢EH47广泛应用于超大型集装箱船舱口围板等区域结构中,建造过程中常常伴随着较大的焊接残余应力,直接影响到船体结构的安全及使用寿命。论文基于有限元分析软件ANSYS,对平板对接焊进行模拟,得到焊接残余应力的大小和分布,并采用盲孔法对焊缝区域进行残余应力测量。结果表明:残余应力在靠近焊缝中心及区域附近处表现为拉应力,随着逐渐往焊缝中心靠拢,拉应力迅速增大,当达到焊缝中心附近时拉应力达到最大值。随着逐渐远离焊缝中心,拉应力迅速减小,达到一定距离时转变为压应力,并在距离焊趾2.5 cm处达到压应力最大值,数值模拟结果与试验测量值基本吻合,同时焊后热处理能有效降低有损结构强度的焊接残余应力。     

基于垂直面横向对接埋弧自动焊技术研究

通过对垂直面横向对接埋弧自动焊技术进行研究,解决了焊接工艺、焊剂的敷设、焊缝跟踪,以及焊接小车行走等技术问题。从装备和工艺技术上形成船体自动横焊新技术,实现船体垂直面横向对接焊缝的自动横焊技术突破。该技术将提高焊接生产质量和效率,缩短造船周期,改善焊接工人的劳动强度和生产环境,并为今后新型、大型船舶的建造提供焊接工艺、装备支持。     

Ti80耐压球壳赤道焊缝残余应力研究

钛合金因其优良的性能得到广泛应用,其材料的焊接特点及其结构在使用过程中的安全可靠性问题也越来越引起人们的关注,目前钛合金已成为载人深潜器耐压球壳的首选材料.本文首先对Ti80对接焊厚板残余应力进行了数值模拟以及X射线无损检测试验研究,在得到数值模拟结果后将其与试验测量值进行对比,结果吻合较好,即Ti80对接焊厚板表面横向残余拉应力呈现不对称双峰;焊缝中心线上的纵向残余拉应力较大;焊缝处沿板厚方向的内部横向残余应力和垂向残余应力在近上下表面处均为拉应力,且横向残余应力高于垂向残余应力,沿板厚方向均呈现拉应力-压应力-拉应力趋势.然后基于热弹塑性有限元分析方法,对Ti80耐压球壳赤道焊缝焊接残余应力进行数值模拟研究,得到赤道焊缝表面残余应力和内部残余应力分布规律.结果显示:Ti80耐压球壳内壳表面有较大的残余拉应力;纵向残余拉应力大于横向残余拉应力;球壳外表面有较大的横向残余压应力,而纵向残余应力为拉应力.     

热处理对800 MPa级钛合金对接焊平板残余应力影响的数值模拟

钛合金具有高强耐蚀、易焊等优质性能,广泛用于潜艇、深潜器等潜水器的受力构件及耐压耐蚀壳体。在焊接过程中,会不可避免的产生焊接残余应力,较大的焊接残余应力会影响焊接结构的安全性能,而焊后热处理能够有效减少焊接残余应力。本文首先采用数值模拟的方法对TC4对接焊平板热处理前后的残余应力进行计算,通过与试验结果进行对比研究,验证有限元数值模拟的合理性;然后采用该数值模拟方法研究Ti80对接焊平板多层多道焊的整个焊接过程以及焊后热处理方法。结果表明,焊后Ti80对接焊平板表面具有较大横向和纵向残余拉应力,通过热处理工艺后,残余拉应力得到明显降低。因此,通过焊后热处理方法可以在很大程度上降低对焊接结构力学性能可能产生的不利影响的残余拉应力。     

热处理对800 MPa级钛合金对接焊平板残余应力影响的数值模拟

钛合金具有高强耐蚀、易焊等优质性能,广泛用于潜艇、深潜器等潜水器的受力构件及耐压耐蚀壳体。在焊接过程中,会不可避免的产生焊接残余应力,较大的焊接残余应力会影响焊接结构的安全性能,而焊后热处理能够有效减少焊接残余应力。本文首先采用数值模拟的方法对TC4对接焊平板热处理前后的残余应力进行计算,通过与试验结果进行对比研究,验证有限元数值模拟的合理性;然后采用该数值模拟方法研究Ti80对接焊平板多层多道焊的整个焊接过程以及焊后热处理方法。结果表明,焊后Ti80对接焊平板表面具有较大横向和纵向残余拉应力,通过热处理工艺后,残余拉应力得到明显降低。因此,通过焊后热处理方法可以在很大程度上降低对焊接结构力学性能可能产生的不利影响的残余拉应力。     

船体焊接残余应力的数值分析

船体在焊接过程中产生的焊接残余应力不仅会降低船体结构的性能,还会使得建造精度难以控制,从而最终影响到船舶建造质量.本文以热弹塑性理论为基础,利用ANSYS非线性分析有限元程序,对船体结构焊缝进行了数值分析,获得了焊接顺序、构件尺寸对残余应力分布的影响规律.分析结果显示,分段焊接可以有效降低残余应力的峰值,尤其是对控制横向残余应力更为明显,焊缝方向上的残余应力会造成较大的残余变形.本文研究结果为优化生产工艺,控制残余应力提供了理论依据.     

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。     

高强钢锥柱结合壳焊接残余应力的数值模拟和试验研究

高强度钢在船舶生产建造过程中已得到广泛应用.高强钢的焊接常常伴随着较大的焊接残余应力,直接影响到船体结构的安全及使用寿命.文章首先基于有限元分析软件ANSYS,利用其APDL语言开发了相应的焊接程序,对高强钢锥柱结合壳模型凸锥处环焊缝的焊接过程进行模拟,得到焊接残余应力的大小和分布;然后采用X射线无损检测方法对焊缝区域进行残余应力测量.结果表明:数值模拟结果与试验测量值是相吻合的,在焊缝焊趾处存在着较大的焊接残余应力,在熔合线外,随着距焊缝中心线距离的增加残余应力值迅速下降.     

钢壳混凝土沉管组合结构徐变和收缩性能研究

以深圳到中山预投标的钢壳混凝土沉管隧道工程为例,针对钢壳混凝土沉管的组成形式,借鉴已有的钢-混凝土组合结构在收缩和徐变作用下的变形研究成果,对钢壳混凝土结构在长期作用下的受力和变形情况进行研究,采用一种简捷的计算方法对沉管横向结构在长期作用下的受力和变形情况进行计算.结果表明:由于徐变和收缩的影响,混凝土最终将近退去一半的应力值;钢壳的受力随着徐变和收缩的发展趋于均匀;随着收缩徐变的发生钢壳所承担的弯矩逐渐减小;由于徐变和收缩导致挠度增量的影响并不大.     

高频感应热源应用于水火弯板工艺的可行性研究(英文)

The purpose of this paper is to investigate the feasibility of high-frequency induction heat for the line heating process through a series of experimental studies and numerical calculations. The results show that the heating temperature of induction heating meets the demands of steel plate bending, and the deformation of a steel plate heated by induction heating can achieve the same effect as flame heating. Meanwhile, the finite element model of moving induction heating of the plate is developed, and the comparison of the residual strain fields and transverse shrinkage between these two kinds of heating shows that great similarity has been achieved.     

2205双相不锈钢焊接应力与变形的SVM回归预测研究

针对川东造船厂特种船舶制造使用的2205双相不锈钢,在其焊接试验的基础上分别建立了双相不锈钢焊接应力和收缩变形的支持向量机(SVM)回归预测模型,并与传统的逐步回归方法进行比较,较好地模拟了焊接残余应力和变形与板厚、焊接电流、电弧电压、焊接速度等工艺参数之间的非线性关系.计算结果表明,SVM回归比传统的逐步回归在预测精度和泛化能力上都有很大的提高.     

不同焊接顺序下加筋板变形及残余应力的三维有限元研究

针对焊接过程的二维有限元计算与实际情况存在一定差别的问题，使用三维热弹-塑性有限元法对不同焊接顺序下加筋板焊接过程进行了仿真，获得了加筋板焊接引起的温度场、位移场和应力场。结果表明：在4点约束条件下，加筋板横截面的变形为中垂变形，纵筋的变形为中拱变形，方案1横截面变形更小，方案2纵筋变形更小。焊接引起的加筋板残余应力主要表现为横向应力，其在近焊缝区为拉应力，达到材料屈服强度，远离焊缝区表现为压应力，达到0.2倍材料屈服强度。加强筋横向应力峰值出现在起弧端和收弧端，约为0.85倍材料屈服强度，纵向应力峰值出现在焊接起弧端，约为0.3倍材料屈服强度。在加筋板横截面位置，焊接顺序主要影响加强筋处的残余应力；在加强筋位置，焊接顺序主要影响纵向应力。每组焊缝同时同向焊接，且每根纵筋从左向右依次焊接的焊接方案产生更小的残余应力。     

船用5083铝合金随焊滚压工艺的有限元计算

船用5083铝合金在焊接过程中较易出现热裂纹，主要原因是在脆性温度区间存在较大的收缩内应力。为此，对随焊滚压工艺进行研究，采用有限元分析软件MSC.Marc进行焊接工艺模拟，综合考虑焊接热源模型、材料性能和滚压等边界条件，建立船用5083铝合金工件的随焊滚压有限元模型，对比船用5083铝合金薄板在普通焊接工艺及随焊滚压工艺下的焊后残余应力。计算结果表明，在随焊滚压工艺下选择合适的轮枪距及压下量可有效降低焊后残余应力。     

水火弯板成形因素对横向收缩量的影响

水火弯板自动化的研究需要定量化地确定横向收缩量.本文采用实验和有限元分析相互结合的方法来研究线加热过程中的横向收缩量.首先,利用水火弯板实验的结果标定有限元分析中呈高斯分布的热源模型参数,而后利用数值模拟的方法探讨水火弯板成形因素对横向收缩量的影响.这些因素包括自然对流换热系数、有无水冷、热源速度、加热焰道长度、燃气流量和横向曲率半径.研究结果表明:自然对流换热系数和横向曲率半径对横向收缩的影响很小;跟踪水冷可以形成有效的收缩;不同燃气流量的热输入有不同的横向收缩变形.本文提出了综合考虑火焰速度、火焰有效功率、火焰作用半径和钢板厚度的热源体能量模型,该模型可以更好地反映这些热输入影响参数所引起的综合作用.     

基于焊接应力场的高强钢疲劳寿命研究

运用 ANSYS APDL 语言编程,对船用高强钢 T 型试件的焊接过程进行了模拟,得到了其焊接残余应力场的分布规律。以预应力的方式将其应力场施加到结构的疲劳寿命计算过程中,得到了结构在焊接残余应力影响下的疲劳寿命。并通过与实验数据进行对比,较为直观地反映焊接残余应力对疲劳寿命的影响。     

沉管混凝土抗裂性能温度应力试验评价及配合比优选

通过温度应力试验,研究不同配合比的温度变化规律、体积变形性能以及应力发展规律,分析胶凝材料用量、水泥所占比例、浆体比率等因素对混凝土抗裂性能的影响。分别采用断裂温差、温度收缩系数以及抗裂安全系数3种不同的抗裂性能指标对混凝土抗裂性能进行评价,优选出具有最优抗裂性能的配合比用于港珠澳大桥沉管预制施工。     

定位焊顺序对单面埋弧焊接头残余应力和变形的影响（英文）

Submerged arc welding(SAW) is advantageous for joining high thickness materials in large structure due to high material deposition rate. The non-uniform heating and cooling generates the thermal stresses and subsequently the residual stresses and distortion. The longitudinal and transverse residual stresses and angular distortion are generally measured in large panel structure of submerged arc welded fillet joints. Hence, the objective of this present work is to quantify the amount of residual stress and distortion in and around the weld joint due to positioning of stiffeners tack. The tacking sequence influences the level of residual stress and proper controlling of tacking sequences is required to minimize the stress. In present study, an elasto-plastic material behavior is considered to develop the thermo mechanical model which predicts the residual stress and angular distortion with varying tacking sequences. The simulated result reveals that the tacking sequence heavily influences the residual stress and deformation pattern of the single sided fillet joint. The finite element based numerical model is calibrated by comparing the experimental data from published literature. Henceforth, the angular distortions are measured from an in-house developed experimental set-up. A fair agreement between the predicted and experimental results indicates the robustness of the developed numerical model. However, the most significant conclusion from present study states that tack weld position should be placed opposite to the fillet weld side to minimize the residual stress.