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。     

焊缝收缩法焊接变形技术研究

以船体甲板结构为研究对象,采用热弹塑性法和局部整体法计算分析甲板分段典型焊接接头应变大小,并将该计算结果与实验测量结果相对比控制和验证有限元计算精准度。以典型焊接接头计算结果为基础,采用Weld-Planner焊缝收缩法预测甲板分段结构的焊接变形。采用焊缝收缩法计算工程结构的焊接变形时,计算过程易于收敛,计算效率显著提高,是预测大型复杂结构焊接变形一种方便有效的方法。     

大型复杂船体分段焊接变形研究

为了预估大型复杂船体分段的焊接变形,运用热弹塑性法计算典型结构的焊接变形,得出典型船体分段的固有应变,采用固有应变法计算该船体分段焊接变形,并与实测结果进行对比验证。结果表明:采用固有应变法计算大型复杂船体分段的焊接变形是可行的;船体分段焊接变形呈现整体外张的趋势,且两舷侧边缘位置的焊接变形量最大。     

固有应变等效载荷法预测复杂结构的焊接变形

采用固有应变等效载荷法,对复杂船体分段结构的焊接变形进行模拟预测。将获得的固有应变在焊接固有应变区进行积分,把积分得到收缩力和收缩力矩定义为等效栽荷,确定等效戢荷的加栽区域及方式,运用有限元软件ANSYS,对焊接构件进行一次弹性有限元分析求解出结构的焊接变形量大小。文中以散货船的双层底分段结构为对象,采用固有应变等效载荷法对其进行焊接变形预测,计算结果表明,预测结果和实测结果具有良好的一致性,且计算时间短。     

薄板焊接变形高精度预测方法的研究

采用固有应变方法预测焊接变形时,传统方法是把纵向收缩、横向收缩和角变形这三成分作为接头的固有变形来估算焊接变形。但是,由于薄板的刚度低,在纵向方向上的弯曲变形也较明显,采用传统方法会影响薄板焊接变形的预测精度。为提高精度,文章对传统的方法进行了改进,开发了包括考虑纵向弯曲在内的四成分固有变形数值计算方法来预测薄板焊接变形。数值模拟结果表明:运用该方法预测薄板的焊接变形时,比传统的方法有更高的精度,而且预测结果与热弹塑性有限元的模拟结果十分吻合。     

大型船舶结构焊接变形固有应变法预测研究

大型复杂船舶结构在焊接过程中产生的焊接变形会使结构强度降低,而通过精确预测和控制焊接变形可实现精度制造的目的.文中介绍了焊接变形预测固有应变法的应用现状,并利用固有应变理论对大型复杂LNG液舱结构的焊接变形进行预测.     

50 000t级多用途船货舱双层底结构焊接变形预测

预测双层底船体结构单元的焊接变形,对于船体结构制造工艺设计和精度控制具有重要意义。以50 000 t级多用途船为对象,通过大量的计算和实测建立了船体结构焊接的固有应变数据库,整理得到了一个简化的以板厚为参数的固有应变计算公式,运用基于固有应变的弹性有限元分析的焊接变形预测专用软件WSDP,对第6货舱的双层底结构焊接变形进行预测,预测结果与实测结果具有良好的一致性,所建立的固有变形数据库以及简化计算公式的实用性得到验证。     

基于固有应变理论的船体焊接变形仿真研究

大型船舶构件尺寸大、焊缝分布广,传统的有限元焊接仿真方法难以满足其大尺寸结构计算的要求。基于热弹塑性有限元法对T型局部接头进行焊接变形计算,获取焊缝处平均固有应变值,然后将其作为初始载荷施加在全尺寸壳单元分段模型上进行弹性计算,最终得到大型分段的整体焊接变形。仿真结果表明,结合小模型的热弹塑性法和大结构固有应变法,能准确高效的预测大型结构的焊接变形。     

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。     

基于固有应变的海洋平台典型结构焊接变形预测

针对半潜式起重拆解平台,运用热弹塑性有限元分析和弹性有限元法,对平台中连接平台和浮体的典型结构,进行焊接变形的预测。通过对焊接接头的预测分析,得到其固有变形,再将计算得到的固有变形,以载荷的形式加载到整个结构中,得到整个结构的焊接变形。通过对三种焊接顺序的比较,得到焊接变形最小的方案。在此基础上,考虑开口对结构焊接变形的影响。研究结果将对半潜式起重拆解平台特殊结构的焊接工艺优化提供理论支撑和数据支持。     

船用大型焊接结构的焊接变形预测实例

对船体结构中常见的焊接接头在焊接过程中的力学行为进行了热弹塑性有限元分析,确定其固有应变与热输入的关系。在掌握固有应变规律的基础上,应用固有应变焊接变形分析软件,对低温储罐结构的焊接变形进行了预测。表明采用基于固有应变的弹性板单元有限元法,能够对大型船体结构进行焊接变形预测。     

基于固有应变的海洋平台典型结构焊接变形预测

应用热弹塑性有限元分析和弹性有限元法,对半潜式起重拆解平台中连接平台和浮体的典型结构进行焊接变形的预测。通过对焊接接头的预测分析,得到其固有应变,再将计算得到的固有变形以载荷的形式加载到整个结构中,得到整个结构的焊接变形。通过对3种焊接顺序的比较,得到焊接变形最小的方案。在此基础上,考虑开口对结构焊接变形的影响。研究结果将对半潜式起重拆解平台特殊结构的焊接工艺优化提供理论支撑和数据支持。     

基于Weld-sta软件的船体结构焊接变形预测

预测船体复杂结构的焊接变形对制造工艺设计和精度控制具有重要的工程价值.基于固有应变理论,利用船体结构焊接变形预测专用软件Weld-sta对多用途船双层底结构焊接变形进行了预测,发现船长方向收缩最大变形量为13.2mm,船宽方向最大变形量14.5 mm.通过数值模拟结果与实验实测值的对比,可以得到软件计算的精度超过80%,验证了固有应变理论及软件用于焊接变形预测的可靠性,并在此基础上针对船体总段船台合拢的焊接变形进行了预测,发现焊接总收缩变形量为50.339 mm,与实际加工经验基本吻合.根据此结论可以针对各船体总段预留合理的焊接变形收缩量,验证了固有应变为基础的弹性板单元有限元预测法在船体总段合拢焊接中应用的可行性.     

预测焊接变形几种方法的比较

通过一个典型的T形梁纵向收缩引起的弯曲变形，比较解析法，三维热弹塑性有限元法，三维实体单元固有应变法，以及板单元固有应变法等四种方法的预测结果，并与实测数据进行比较，分析其优缺点和适用条件。     

惯性释放法在大型复杂结构焊接变形预测中的应用

在进行大型结构焊接变形有限元分析时,为了固定整体结构刚体位移必须施加不少于6个自由度的约束,但对于自由状态下的结构而言,如何施加这6个最少约束是非常的困难,长期以来是困扰研究人员的难题,也是焊接结构有限元分析在工业现场应用的一个瓶颈。所谓惯性释放法就是可以在不加约束的情况下模拟自由结构的变形。该文将在航海航空领域得到广泛应用的惯性释放法引入大型焊接结构变形分析,解决了自由状态下结构必须施加约束的问题。首先以典型的对接接头为例,比较了两种不同的约束方法之间的差别。然后通过一个典型的船体焊接变形预测的实例,验证了惯性释放法在大型结构中应用的可行性,为焊接结构变形分析在工业生产中广泛应用提供了一个有效的方法。     

惯性释放法在大型复杂结构焊接变形预测中的应用（英文）

在进行大型结构焊接变形有限元分析时,为了固定整体结构刚体位移必须施加不少于6个自由度的约束,但对于自由状态下的结构而言,如何施加这6个最少约束是非常的困难,长期以来是困扰研究人员的难题,也是焊接结构有限元分析在工业现场应用的一个瓶颈。所谓惯性释放法就是可以在不加约束的情况下模拟自由结构的变形。该文将在航海航空领域得到广泛应用的惯性释放法引入大型焊接结构变形分析,解决了自由状态下结构必须施加约束的问题。首先以典型的对接接头为例,比较了两种不同的约束方法之间的差别。然后通过一个典型的船体焊接变形预测的实例,验证了惯性释放法在大型结构中应用的可行性,为焊接结构变形分析在工业生产中广泛应用提供了一个有效的方法。     

20000TEU集装箱船水密横舱壁结构精度建造的预控

水密横舱壁作为20000TEU集装箱船的关键结构,对尺寸精度的要求十分严苛,尤其是焊接变形严重影响其建造精度。针对这一问题,采用基于固有变形理论的弹性有限元分析,来预测水密横舱壁结构的面外焊接变形。同时,比较了计算固有变形的两种方法的准确度,并且总结了热输入与固有变形各分量的经验公式,还提出了减小面外焊接变形的措施。结果表明,通过与实测数据对比验证了弹性有限元分析可快速、准确地预测水密横舱壁结构的面外焊接变形;对于对接接头,变形反演法比应变积分法得到的横向固有弯曲更准确;热输入与固有变形各分量呈线性递增关系;将整个水密横舱壁结构由原来的3段分成5段,并采用对称焊接顺序,面外焊接变形最小,同时会降低对船厂吊装能力的要求。     

20000TEU集装箱船水密横舱壁结构精度建造的预控

水密横舱壁作为20000TEU集装箱船的关键结构,对尺寸精度的要求十分严苛,而焊接变形严重影响其建造精度。针对这一问题,采用基于固有变形理论的弹性有限元分析,来预测水密横舱壁结构的面外焊接变形。比较了计算固有变形的两种方法的准确度,并且总结了热输入与固有变形各分量的经验公式,还提出了减小面外焊接变形的措施。结果表明,通过与实测数据对比验证了弹性有限元分析可快速、准确地预测水密横舱壁结构的面外焊接变形;对于对接接头,变形反演法比应变积分法得到的横向固有弯曲更准确;热输入与固有变形各分量呈线性递增关系;将整个水密横舱壁结构由原来的3段分成5段,并采用对称焊接顺序,面外焊接变形最小,同时会降低对船厂吊装能力的要求。     

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.     

预测船体分段焊接变形方法概述

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,精确预测和控制焊接变形是现代造船工艺的要求.焊接变形分析方法包括实验法、解析法、数值分析法、等效载荷法等,常用的是后两种方法.数值分析法采用热弹-塑性有限元模型精确模拟焊接现象,但计算工作量大;等效载荷法计算焊接区域的固有应变,并将其转化为等效载荷,进而应用弹性有限元分析求得整个结构的焊接变形.