考虑固相变的钛合金焊接残余应力数值仿真方法

钛合金焊接结构广泛应用于深海耐压结构中,对焊接处残余应力分布规律的研究具有现实意义。本文采用JMAK方程和K-M方程来表达钛合金相变过程中的扩散转变和非扩散转变,建立Ti-6Al-4V焊接过程中固态相变的数学模型,确定数学模型中的参数求解方法,并基于ABAQUS软件开发考虑固态相变的热-冶金-力学耦合的有限元计算方法,该方法可以考虑温度与组织变化对焊接残余应力的影响。通过一个对接接头的激光焊接的有限元算例,验证所建立的固态相变的Ti-6Al-4V焊接模型的可行性。该工作对于定量分析Ti-6Al-4V焊接残余应力的影响因素具有参考意义。     

焊接转子热处理过程中残余应力释放行为数值研究

基于ABAQUS有限元分析软件,编写DFLUX、FILM和UEXPAN子程序,建立焊接转子模拟件(M-1)和全尺寸焊接转子(M-2)轴对称有限元模型,实现了采用双椭球移动热源模型和考虑固态相变的转子焊接仿真过程。纳入Norton-Bailey蠕变本构方程研究了热处理过程中残余应力在不同热处理参数下的应力松弛行为。结果表明：焊接转子模拟件能够较为准确地反映全尺寸焊接转子焊接残余应力分布状态;考虑固态相变的焊接仿真结果更接近于实验测量值;热处理参数对残余应力释放行为影响不尽相同,其中热处理温度是决定热处理效果的关键因素。     

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.     

T型焊接接头残余应力数值模拟研究

焊接是舰船结构连接的常用方法,焊接对结构的声振特性有一定影响,因此需进一步研究焊接参数对结构声振特性的影响规律。

联合运用热弹塑性有限元法和声固耦合有限元法,探究焊接工艺参数对船舶典型加筋板结构声振特性的影响规律。

结果表明：焊接残余应力受焊接输入功率和焊接速度影响明显,焊接输入功率越高焊接残余应力分布范围越大,焊接速度越慢焊接残余应力分布范围越大。船舶典型加筋板结构声振仿真计及残余应力时,其结构固有频率,加速度响应和辐射声压级频谱曲线等均发生改变。其中固有频率随输入功率增加而下降明显。

仿真模型考虑焊接残余应力将提高结构低阶固有频率和响应预报的准确度,研究可为低噪声焊接工艺制定提供指导。

     

焊接顺序对钛合金筒体残余应力和变形的影响

论文采用有限元软件对深海用钛合金筒体熔化焊所引入的残余应力和变形进行了数值模拟,分析了焊接顺序对焊后残余应力和变形的影响。结果表明,采用不同的焊接顺序对整体结构变形趋势影响不大,但对起弧、收弧等局部位置的残余应力和变形影响较大。纵缝焊后变形呈现两端上翘,中部下凹;环缝焊后变形呈现接头区域下凹,筒体两端收缩变短。仅从焊后应力和变形的角度考虑,适用于筒体纵缝的焊接顺序为分段跳焊;适用于筒体环缝的焊接顺序为两段反向对称焊。     

潜艇结构的焊接残余应力研究现状

潜艇结构在焊接过程中产生的残余应力是关系到结构安全的重要指标.由于焊接是一个涉及到热、力、冶金等多学科的极为复杂的过程,要对其进行准确预测十分困难.本文首先对与潜艇相关的厚板、环焊缝和压力容器焊接残余应力的技术现状及存在的主要问题进行论述;然后介绍潜艇焊接残余应力的试验和模拟;并对残余应力影响潜艇结构疲劳强度和稳定性以及潜艇结构残余应力消除技术等方面进行了详细论述和总结;最后指出了一些尚待进一步研究的问题.     

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。     

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。     

水下采油树钢结构焊接残余应力消除

本文根据中国南海某气田开发项目水下采油树的应用环境及应用要求 ,对水下采油树钢结构焊接所产生的残余应力的机理、分布规律及其影响因素进行了分析,并阐述了控制水下采油树钢结构焊接残余应力的主要工艺解决措施。此基础上,将其应用于国产化备用采油树项目,满足了产品的应用要求。     

高强钢焊接结构残余热应力的有限元分析

焊接残余应力的大小是衡量焊接质量的一项重要指标.为了得到高强钢焊接结构焊接残余应力的大小与分布规律,基于大型通用有限元软件ANSYS,利用其参数化语言开发了相应的焊接程序,首先对高强钢平板对接焊进行数值模拟,然后与试验结果进行比较,在计算所得结果与试验测量值相一致的基础上,进而模拟高强钢锥柱结合壳的焊接过程,得到相应的焊接残余应力分布规律.     

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。     

船用高强度钢焊接残余应力测量技术研究

本文研究采用纯弯曲梁法对高强度钢X射线弹性常数(XECs)进行了试验测定;研究分析了试件表面电解腐蚀前后以及不同的电解腐蚀深度对残余应力测量结果的影响,分析得到对钢结构表面预处理的操作方法。最后进行了高强度钢平板焊接试板残余应力测量验证试验,并与数据仿真结果进行了比较,试验结果表明：试板焊接残余应力分布与数值仿真结果基本一致;其中有2/3的比对测点的残余应力测量偏差小于±25MPa。     

焊接速度对AH36船用高强钢焊接残余应力及其释放的影响

焊接件由于焊接速度不同,焊接残余应力分布存在很大差异,焊接残余应力在循环载荷作用下会产生释放现象,焊接残余应力存在对于结构安全性和稳定性有很大影响,有必要开展焊接速度对于焊接残余应力及其释放影响研究。基于ABAQUS软件二次开发建立平板对接焊试件焊接残余应力以及释放有限元模型,利用顺序耦合热力学数值仿真计算三种焊接速度下的焊接残余应力分布,并开展三种焊接速度下初始焊接残余应力在三种拉伸循环载荷作用下的释放情况研究。     

锥柱耐压壳典型焊接接头残余应力研究

高强度钢材料对焊接残余应力非常敏感,显著影响了高强度钢锥柱耐压壳结构的安全可靠性及使用寿命,有必要针对这类壳体典型焊接接头的残余应力进行分析研究。本文首先基于有限元软件ANSYS的参数化语言APDL开发相应的焊接模拟程序,对高强度钢锥柱耐压壳典型焊接接头模型的焊接过程进行数值模拟,得到其焊接残余应力的应力水平及分布规律;然后采用X射线无损检测方法测量焊缝区域的残余应力。结果显示：焊缝附近区域存在较大焊接残余应力,其值随着与焊缝中心线距离的增加而迅速降低,数值模拟结果与试验结果基本吻合。     

焊缝对环肋圆柱壳振动声辐射的影响

将结构固有频率作为中间变量,研究焊接残余应力、结构固有频率和结构声辐射特性之间的关系。首先,分析焊接残余应力与结构固有频率之间的关系,并通过实验进行验证,结果显示焊接残余应力使结构固有频率发生了显著改变。然后,对固有频率—声辐射功率的灵敏度进行理论推导,并运用有限元法结合边界元法建立数值模型,计算该模型在指定范围内的固有频率—声辐射功率灵敏度,结果证明结构声辐射功率会随着固有频率的变化而发生显著变化。最后,综合分析焊接残余应力与结构声辐射之间的关系。结果表明,研究复杂结构的振动声辐射等动力学特性时,焊接残余应力是不能忽视的影响因素。     

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.     

钛合金焊接接头疲劳裂纹声发射特征研究

钛合金以其良好的性能得到工业界广泛的应用,但是钛合金建造和焊接工艺极难控制,容易产生焊接缺陷.本文利用声发射技术对不同厚度钛合金焊接接头拉伸和疲劳损伤过程进行动态监测,获得了钛合金焊接接头焊缝从裂纹萌生、扩展、直至断裂过程的声发射事件数量、幅度、危险程度分布特性,提出了钛合金焊接接头疲劳损伤声发射阶段性理论,为声发射技术应用于钛合金结构服役过程的全寿命安全监测提供了理论依据.     

铝合金激光焊气孔数值模拟

采用透明玻璃观察激光焊过程的匙孔行为。基于菲涅耳吸收和多重反射方法,引入气泡模型,建立三维数值模型,研究铝合金激光焊中匙孔行为和匙孔型气孔的形成机理。结果表明:匙孔的形成与坍塌机理在数值模拟与试验中是相似的;匙孔前壁处的熔融金属沿前沿方向向下流动,而在匙孔后壁的熔池形成顺时针涡流;匙孔坍塌的主要步骤是匙孔后壁处形成凸起,匙孔后壁上的凸起继续向匙孔前壁处流动并与匙孔前壁接触形成液桥;气孔形成的主要因素是匙孔坍塌形成气泡和气泡被凝固界面捕获。     

钛合金材料在舰艇中的应用及需求分析

文章总结了钛合金材料在舰艇中的应用情况,分析了钛合金材料应用于舰艇的特点和应用前景,提出了船用钛合金材料研制的发展方向。