船用钢T型接头焊趾选择优化研究

针对船体焊接构件焊趾处应力集中影响船艇结构寿命的问题,利用有限元软件建立船艇重要区域中内龙骨的有限元模型,在约束和载荷相同的情况下,对比分析不同焊趾形式及尺寸T型接头的应力分布和疲劳寿命。研究表明,对于陆军船艇而言,平面形焊趾形式应力集中程度较小,焊后加工方便,适合船艇修理实际要求;焊脚尺寸为4~6 mm的平面形焊趾形式的T型接头疲劳寿命最大,在船艇T型构件焊接时焊脚尺寸应选用此范围内。     

船舶十字焊接接头在不同位错精度下应力集中系数的有限元计算

研究了船舶十字焊接接头在不同位错精度上的力学性能。建立了船体十字焊接接头有限元应力分析的力学模型，利用增量法，对由２１．５ｍｍ，２５ｍｍＢ级船用钢组成的船体十字焊接接头进行了平面应变的有限元应力弹塑性分析；研究了不同位锚精度下十字焊接接头的应用力集中系数，并分析了不同焊角尺寸对十定焊接接头应力集中程度的影响，这将对制订更为合理的船舶结构十字接头位错精度标准提供了可靠的依据。     

海洋平台复杂结构焊接残余应力高效预测及焊接顺序优化

海洋平台轴承座结构具有焊缝多且分布比较集中、采用多种高强钢、各构件厚度差异大、整体尺寸大、焊缝拘束大等特点,焊接易造成该结构高幅值且分布复杂的残余应力.文中综合应用结构简化、带状热源、焊道合并等多种方法,对海洋平台轴承座结构的焊接残余应力分布进行高效预测;并根据实际尺寸制造模拟件,测试该模拟件的应力来验证计算结果;结合计算结果分析了该结构焊接应力集中区域产生的原因,最终运用高效计算方法优化了该结构的焊接顺序,并改善了该结构中危险焊缝的应力状态.分析结果表明:多构件复杂结构焊接时,小刚度构件在易变形的方向上受到其他焊缝收缩产生的弯矩作用是造成结构局部焊缝应力集中的主要原因,调整焊接顺序可以有效避免局部区域的应力集中.     

基于切口应力强度理论的横向角接焊接接头的疲劳强度评估（英文）

在焊接接头处,由于几何的不连续造成了局部的应力集中,对其疲劳强度评估的研究是十分必要的。文章提出采用奇异强度(as)来计算接头处的几何应力,并基于N-SIF方法分析了不同几何尺寸下十字接头的疲劳强度。结果表明该修正公式可以十分简便地评估出焊接接头处的疲劳强度。     

基于切口应力强度理论的横向角接焊接接头的疲劳强度评估

在焊接接头处,由于几何的不连续造成了局部的应力集中,对其疲劳强度评估的研究是十分必要的。文章提出采用奇异强度（as）来计算接头处的几何应力,并基于N-SIF方法分析了不同几何尺寸下十字接头的疲劳强度。结果表明该修正公式可以十分简便地评估出焊接接头处的疲劳强度。     

基于NSIF的应变能密度法评估焊接接头疲劳强度（英文）

本文介绍了一种基于切口应力强度因子的应变能密度法来评估焊接接头的疲劳强度。该方法将焊接接头简化成尖锐的V型切口。切口尖端应力的奇异性与切口的张开角度有关,切口尖端附近的应力分布可以用切口应力强度因子来描述。切口应力强度因子的计算需要精细的网格划分,在不同的切口张开角度下计算得到的切口应力强度因子之间是无法直接进行比较的。本文基于切口应力强度因子,研究了以R为临界半径的扇形面积内的应变能密度。经验证,应变能密度法不依赖于网格尺寸,包含了焊接接头局部焊接参数等影响,能够准确描述焊趾附近高应力区的应力分布,对于焊接接头疲劳强度的评估具有一定的工程应用价值。     

焊接高强度低合金钢产生的层状撕裂

高强度低合会钢焊接时产生的层状撕裂,对重要的结构件是十分有害的。在角接接头,T型接头,开坡口的、不开坡口的,或是它们的组合焊缝的热影响区会产生很大的焊接应力。这种产生于板厚方向上的高拉伸应力的大小,取决于焊缝的尺寸、焊接方法和构件接头处的拘束应力。     

对接接头缺口应力集中系数不确定性分析

[目的]以典型对接接头为研究对象进行参数化建模,建立焊缝几何形状存在不确定性的有限元模型,来研究焊缝几何存在不确定性的对接接头焊趾处缺口应力集中系数K_t,并统计分析其分布规律。[方法]首先,对以往采用的网格尺寸和单元类型进行改进,通过有限元网格敏感性分析,研究不同类型的单元以及网格尺寸对K_t的影响;其次,沿对接接头焊缝法向提取节点应力,通过绘制应力分布图,确定焊趾处最大应力集中所在部位;然后,通过引入控制点描述对接焊缝几何形状的变化来真实反映焊缝几何形状的不确定性,结合实际测量的焊缝形状数据的分布规律,随机抽样得到大量的焊缝几何参数数据;最后,基于缺口应力法计算K_t,并对其进行统计分析,探究对接接头在焊缝几何参数存在不确定性时K_t的分布规律。[结果]结果表明,K_t的分布满足正态分布。[结论]通过探究焊趾处的应力分布,对于分析疲劳强度和提高疲劳寿命预测精度具有重要意义。     

船用铝合金5059的典型焊接节点疲劳试验和寿命预报方法研究（英文）

与传统的5083或6082系列铝合金相比,5059铝合金材料具有更好的力学性能和耐腐蚀性。但目前的焊接规范或船级社规范缺少相应的疲劳等级曲线,不利于船用铝合金5059结构的疲劳评估。同时,薄板铝合金的焊接结构存在较大的初始焊接缺陷,导致焊接拐角处的应力集中效应更加明显。较大的焊接变形给拐角附近应力集中效应和疲劳强度的精确评估带来了较大挑战。本文设计了四种典型的船用焊接接头开展疲劳试验,并将获得的疲劳数据用于拟合得到相应的疲劳等级曲线。在此基础上,进一步验证了名义应力、热点应力、有效缺口应力和缺口应力强度因子法评估对接、十字、T型焊接接头疲劳寿命的准确性和可靠性。此外,一些量化的结论可以用于指导船用铝合金5059焊接结构的应力场和疲劳评估。     

降低FPSO含裂纹焊接结构应力集中系数的焊接修理形状的研究

对焊缝处出现的裂纹进行焊接修理,以阻止其进一步的扩展,这一方法能够有效地延长FPSO焊接结构的疲劳寿命.考虑到应力集中而造成的疲劳寿命的降低,要谨慎选取焊接修理所采用的形状和尺寸,避免产生过高的应力集中.在本文中,研究了不同几何形状和尺寸的二维焊接修理切口的应力集中系数,如抛物线型和椭圆型等,并与相类似尺寸的U型切口进行了比较.当切口的表面半宽长于其深度时,椭圆型的裂纹修理切口具有更低的应力集中系数.将椭圆型的焊接修理形状用于补板与纵骨的连接处,以计算进行焊接修理消除裂纹后结构的最大主应力.结果表明,在消除产生的裂纹以后,含焊接修理切口的结构可以恢复到初始的应力状态.     

FPSO典型焊接接头初始表面裂纹对残余应力影响研究

FPSO目前已成为深水作业的重要设备之一。FPSO为大型焊接结构,焊接过程中不可避免的会有残余应力产生。而焊接接头的焊趾附近容易萌生表面裂纹,裂纹的产生会使残余应力发生重分布,从而影响焊接残余应力对结构疲劳强度的评估。本文首先基于热-弹塑性基本理论和X射线衍射法对FPSO典型焊接接头初始残余应力进行数值模拟和试验研究,结果发现焊趾附近初始横向残余拉应力较大;随后在焊趾附近引入表面初始裂纹,分析含表面初始裂纹的FPSO典型焊接接头残余应力重分布。结果表明引入初始表面裂纹后,裂纹尖端出现了较大的残余拉应力,而远离裂纹区域的残余应力大小和分布几乎不受表面初始裂纹出现后的影响。本文的研究可为FPSO安全性能评估提供参考。     

船舶修造中的铆接问题

一、前言造船技术不断发展,焊接工艺广泛应用,并日趋完善,出现了越来越多的全焊接船舶。另一方面,铆接因其具有独特作用,至今仍在船舶的部分结构中采用。为了防止船体裂缝的产生和延展,除需设计正确合理的结构型式和采用优质钢材外,还考虑在应力集中的部位采用铆接结构,使构件形成铆钉结构所特有的断续连接。由于铆接接头的柔性,促使应力重新分布,因而在相当大的程度内减轻了结构对应力集中的敏感性,起到     

14MnMo钢的宽板拉伸试验

按规范设计的焊接结构中,焊接接头是最薄弱的部位。这不仅是因为焊接热循环使接头区材质恶化,而且就缺陷的集中程度以及应力水平而言,该部位也是整个结构中的危险区域。因此,研究焊接接头的断裂特征,确定接头的转变温度,乃是焊接结构断裂安全分析的主要内容。试验方法虽然很多,但在目前,从模拟结构的拘束状态,以及材质和焊接工艺对接头断裂特征的影响来看,全板厚带缺口和残余应力焊     

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。     

厚板焊接残余应力的试验研究

通过盲孔法,测定了不同焊接接头、不同板厚、不同焊接工艺下厚板的焊接残余应力,在考虑了塑性影响的基础上,得到了厚板焊接残余应力的分布规律.分析讨论了焊接接头、板厚、焊接工艺以及焊接坡口大小对焊接残余应力分布的影响及原因.结果表明,采用自由焊工艺,可以减小焊接残余应力.而调整焊接顺序,则可以改变焊接残余应力的峰值位置.合理设计承载面的坡口大小,可以有效降低焊接残余应力对结构强度的影响.     

残余应力对水下耐压结构典型焊接接头疲劳强度的影响

水下耐压结构典型焊接接头模型常采用高强度钢建造,对焊接残余应力较为敏感,因此有必要针对残余应力对其疲劳强度的影响进行相关研究。采用ANSYS的APDL语言编程,通过数值模拟分析得到典型焊接接头的焊接残余应力;并基于局部应力—应变法,对水下耐压结构典型焊接接头考虑与不考虑残余应力这2种情况下结构的疲劳寿命进行数值分析。研究发现:典型焊接接头在凹锥面焊缝附近其残余应力最大,寿命最短;其寿命周期为104,属低周疲劳范围;随着外载荷的增加,疲劳寿命最小值也随之减小;残余应力的存在会明显降低典型焊接接头的疲劳寿命。     

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。     

一种复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法

风暴模型是Tomita等提出的用来评估船舶结构疲劳强度的一种随机波浪载荷简化模型,它能表达波浪载荷是与时间相关的随机过程。文中介绍了风暴模型及波浪诱导应力短期分布的基本特征。将风暴模型和裂纹扩展率单一曲线模型及焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方法结合起来,探讨了复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法。并用权函数法计算了给定残余应力分布的表面裂纹应力强度因子。预报了对接焊接接头焊趾处表面裂纹在风暴波浪载荷作用下的疲劳裂纹扩展行为,结果表明风暴的大小、顺序,初始裂纹尺寸及残余应力对裂纹扩展行为影响明显。合理的风暴模型参数及初始裂纹尺寸的确定对船舶结构的疲劳寿命预报是非常重要的。     

焊接残余应力对船舶结构疲劳裂纹扩展影响:综述

船舶结构的疲劳失效多在焊接接头处产生。疲劳裂纹扩展而导致的疲劳断裂是焊接接头疲劳失效的主要形式。焊接残余应力会对船舶焊接接头的疲劳裂纹扩展产生影响,而且在疲劳裂纹扩展的过程中残余应力会发生重分布现象,对裂纹扩展的影响更加复杂。文中对近年来国内外焊接残余应力对船舶结构疲劳裂纹扩展的影响进行归纳总结,将研究此问题的主要方法和研究成果进行分类,并指出了研究的不足之处以及发展趋势。