CSR和CSR-H的焊接系数研究

归纳和定性分析CSR和CSR-H的焊接系数,确定焊接系数的影响因素。提出焊接系数利用因子的有限元分析方法,确定焊缝强度的应力标准。进行了13艘CSR船舶船体结构焊缝应力的提取和焊接系数利用因子的计算,获得CSR船体结构各类角焊缝利用因子的统计结果。通过短柱和板条梁的焊缝强度试验,验证焊缝强度标准及焊缝应力公式的正确性和适用性。     

船底结构的焊接系数研究

采用钢结构焊接强度计算方法,给出船底结构角焊缝应力的计算模型和船舶结构角焊缝焊接系数的计算公式。以一艘31 000 dwt散货船船底结构为例,计算不同工况荷载作用下船底、内底纵骨、船底纵桁以及肋板的焊缝剪应力,并与舱段有限元的剪应力计算结果作比较,验证了当前规范角焊缝焊接系数。     

平面舱壁周界的焊缝研究

利用焊缝计算模型法、有限元法对CSR-OT规范中平面舱壁周界焊接系数进行实船验证,以一艘阿芙拉型双壳油船平面舱壁结构为例,在不同工况荷载作用下,计算出平面舱壁对内底板处焊缝的焊缝强度利用因子。两种算法的计算结果表明：规范中此处焊接系数满足强度要求且有安全余量。该研究对进一步理解CSR-OT规范焊接系数规格表具有一定参考价值。     

船体结构角焊缝的应力分析与试验

采用焊缝强度计算理论、有限元数值分析及组合钢构件压弯试验,研究船体结构角焊缝的受力性能。对比理论分析、数值计算、模型试验的结果表明,角焊缝剪应力的理论计算方法正确,试验实测焊缝剪应力的大小及分布与理论焊缝剪应力较一致,焊缝剪应力的测定方法可靠,为焊接系数的验证研究工作打下了基础。     

大型角焊缝焊接应力的试验研究

大型角焊缝焊接应力难以控制，特殊钢材的选用更加大了焊缝的裂纹倾向性。为防止焊缝裂纹的产生，实际焊接前，对角焊缝的应力进行了试验研究。本文介绍试验原理和方法，在试验的基础上，得到各材料参数用于有限元计算，又对焊接应力进行无损检测。检测结果与计算结果符合较好，说明材料参数比较准确，进而说明试验方法合理，结果可靠。     

散货船双层底主要支撑构件描述性要求研究

对于船长小于150 m的散货船,协调版共同结构规范（CSR-H）及散货船共同结构规范（CSR-BC）对双层底主要支撑构件规定了描述性要求。通过力学原理分析规范要求的理论背景,并以某典型散货船为例,对比双层底主要支撑构件按规范描述性要求和有限元评估要求得到的结果差异。在此基础上,对CSR-H关于150 m以下主要支撑构件的描述性规定给出了修改建议,并结合交叉梁系的力学推导和数值计算等,对散货船的主要支撑构件的描述性要求进行建议和计算流程归纳,可指导设计初始阶段确定主要支撑构件的腹板厚度。     

船体结构填角焊缝的设计规范分析

说明船体结构角焊缝的受力分析及强度条件，阐明角焊缝剪切强度系数的涵义及其在填角焊缝设计中的应用。     

不同对接焊缝布置下舰体结构的疲劳强度和极限承载分析

舰船建造中焊接结构强度对船体结构强度分析有着十分重要的意义.对两种不同对接焊缝布置下的船体结构进行疲劳强度和极限承载能力分析.利用国际焊接学会推荐的焊接结构三维块体单元建模.运用Nastran软件计算拉伸和弯曲两种主要受载形式下的结构应力分布,参考有关规范中的S-N曲线对焊接结构进行热点应力疲劳分析比较.同时运用非线性计算软件ABAQUS分析结构在轴向拉伸和弯曲载荷作用下的极限承载能力.分析表明,舰船总段合拢中采用纵骨与板同一截面的对接形式,其结构性能与传统的纵骨与板交错布置的对接形式相当.     

JU2000E自升式钻井平台桩腿TKY节点 焊接残余应力分析

Ju2000E自升式钻井平台的桩腿TKY节点由于焊接结构复杂,各构件采用高强度大厚板,焊缝多且不规则,焊接残余应力分布复杂,对其评估焊接残余应力非常困难。如今焊接残余应力表面测量配合应力计算是最有效的方法,本文采用一系列的高效计算方法实现了桩腿TKY节点焊接残余应力的高效计算,并通过X衍射法和小孔法验证了计算的可靠性,同时通过计算机模拟软件建立的三维实体模型分析了该结构的应力分布特征。计算结果表明,整个模拟件各方向的峰值拉应力出现在半圆板焊接区域表层,特别是焊趾位置呈现较大的应力集中,而焊缝材料的屈服强度相对半圆板材料屈服强度低,故焊缝区域的各方向拉应力幅值稍低于半圆板焊接区域;整个模拟件各焊缝区域从外到内部的等效应力呈现300-600MPa的较大应力,靠近半圆板的焊趾位置出现较大应力集中,等效应力达到600MPa以上。     

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.     

A design method of tensile triangles and low transformation temperature weld metal for reduction of stress concentration and residual stress of welded joints

Stress concentration and residual stress have a significant influence on fatigue life of welded joints. In order to reduce the stress concentration of welded joints, a mathematical design method of tensile triangles (MTT) based on bionics was applied to weld shape design. Accordingly, the stress concentration of various weld beads in the corner boxing welded joint and the fillet welded T-joint was dissected using our in-house FEM software JWRIAN. It was found that there existed a large stress concentration in the conventional welded joints, whereas those welded joints with elongated weld bead were accompanied by a lower stress concentration, especially for elongated weld bead with MTT design. Furthermore, among the weld shapes of the corner boxing fillet welded joint, the rectangle shape of weld bead had the minimum stress concentration factor (1.05). For the fillet welded T-joint with MTT design, the stress concentration of weld toe decreased dramatically with the increase of the index of designed shape, but there was a minor difference of stress concentration at weld root between the weld beads with MTT design. In addition, application of low transformation temperature (LTT) weld metal utilizing martensitic transformation to the fillet welded T-joints can produce compressive residual stress at weld toe.     

对接接头焊趾应力集中有限元分析

研究焊缝几何参数对应力集中的影响,对于提高焊接结构疲劳强度有重要的意义.本文采用有限元方法,计算了双侧对称加强高和单侧加强高的对接接头焊趾处的应力集中系数,分析了几个主要参数,包括焊趾倾角、焊趾过渡圆弧半径和板厚对于应力集中系数的影响,研究了焊趾处应力集中沿板厚方向的变化情况,在分析大量计算结果的基础上给出了估算两种形式的对接接头应力集中系数的经验公式.结果表明,减小焊趾倾角,增大过渡圆弧半径,可以减缓焊趾处截面形状的变化,改善焊趾处的应力集中;板厚的增加使得应力集中系数增大.并且单侧加强高的对接接头应力集中系数小于双侧对称加强高对接接头的,其减小幅度只与θ有关.     

角焊缝角变形产生机制的研究

以T形焊接接头为算例,用有限元数值计算方法研究了六个固有应变分量各自对角焊缝角变形的作用效应,发现导致角变形产生的主要因素是与焊缝平行的平面内垂直于焊缝方向的固有剪切应变分量;将该固有剪切应变分量以均匀和非均匀两种分布形式施加在焊缝区,发现只有非均匀分布的固有剪切应变使焊接接头产生角变形.由此可知:角焊缝角变形产生的主要原因是在焊缝及其附近区域不均匀分布的固有剪切应变分量,而不是板厚方向上非均匀分布的横向固有正应变分量.此结论指出了关于焊接角变形产生机制的传统思维的认识误区,对研究预测角焊缝角变形简化方法具有指导意义.     

Strength analysis of fillet welds under longitudinal and transverse shear conditions

In support of the development of improved fillet weld sizing criteria for lightweight shipboard structures, a comprehensive static strength test program using longitudinal and transverse shear specimens according to AWS B4.0 Standards has been conducted. This test program covers base material with strength ranging from 71 ksi (490 MPa) to 96 ksi (660 MPa) and weld size ranging from 1/8″ (3 mm) to 3/8″ (10 mm). This paper focuses on a traction stress based analysis of the test data as an effort to establish a unified shear strength definition for load-carrying fillet weld specimens regardless of shear loading conditions. The proposed shear strength definition proves to be effective in correlating the fillet weld strength test data of the longitudinal and transverse shear specimens. The results of this investigation demonstrate that existing shear strength definitions used by various weld sizing criteria such as those given by Class Societies have two major limitations: (1) it cannot be related to a critical stress state on experimentally observed failure plane in transverse shear specimens; (2) it underestimates shear stress at failure due to severe stress concentration at weld end in typical longitudinal shear specimens. These two limitations have been shown to be the major cause for having two significantly different shear strength values: one is transverse shear strength obtained from transverse shear specimens and the other is longitudinal shear strength obtained from longitudinal shear specimens.     

T型焊接结构的角变形控制

T型焊接在船舶结构中的应用是非常广泛的.T型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.论文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角变形.文中首先利用热弹塑性有限元来模拟未施加反变形的结构的焊接过程,以估算残余角变形;然后模拟施加了弹性反变形的结构的焊接过程,并计算此时结构的残余角变形,以最终确定构件所需要的弹性反向角变形值.施加了弹性反向角变形的构件在焊接后无需进行火工校正.