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。     

焊接残余变形对深海耐压环肋圆柱壳稳定性的影响

焊接残余变形对深海耐压环肋圆柱壳结构的稳定性是否有影响是个非常值得关注的问题.文章对深海耐压环肋圆柱壳结构的焊接残余变形和残余应力进行了分析,并进行了相关试验数据验证.由于耐压结构壳体和肋骨的焊接残余应力相对偏小,然后着重研究残余变形对深海耐压环肋圆柱壳结构的稳定性和极限承载能力的影响.结果表明:焊接残余变形对耐压舱段结构的稳定性和极限承载能力影响不大;叠加有初始焊接变形的结构肋骨失稳波形较少;计算结果更偏于工程实际.     

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.     

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。     

某船用薄板焊接变形快速预报方法

提出一种快速预报焊接变形的方法,基于热弹塑性有限元法与固有应变法对薄板焊接过程进行数值仿真分析,得到"热-固结合式"的快速计算方法,并以船用薄板为研究对象验证了该方法预报焊接变形的合理性与准确性,为船厂现场焊接作业提供了技术指导.     

焊接工艺对不规则厚壁球台结构变形的影响

潜艇建造过程中,耐压壳体过渡环结构的焊接变形是潜艇性能的重要指标。为准确预测过渡环结构的焊接变形,基于ANSYS软件编写了焊接计算程序,对T型梁结构的焊接过程进行模拟,将数值计算结果与物理实验结果进行了对比。提出了厚壁结构焊接变形预测的固有应变弹塑性有限元方法,分析了不规则厚壁球台结构的焊接工艺,得到了不同焊接工艺时厚壁球台结构的焊接变形。通过多种焊接工艺的对比分析,找到了不规则厚壁球台结构的最佳焊接工艺。     

典型结构焊接温度和残余变形研究

选取典型对接结构和角接结构进行焊接试验,并进行热弹塑性仿真计算,研究测点的焊接温度和残余变形规律.结果表明,测点经历了加热-峰值-冷却过程.对接结构的焊接角变形较小,横向收缩变形较大;角接结构的焊接角变形相对较大,横向收缩变形相对较小.     

确定焊接反变形的数值模拟及规律分析

焊接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.文章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变形.利用热弹塑性有限元法来模拟结构的焊接过程,并对不同板厚、不同热源的结构分别进行数值模拟,最终确定焊接结构的弹性反变形规律:焊接前施加弹性反变形的结构在焊接后角变形趋于零.     

梁架型结构焊接变形的计算机预测和控制

本文对梁架型结构的焊接变形进行了较详细的分析并编制了相应的计算机程序。该程序考虑了影响变形的各种因素,如焊接工艺参数、装配焊接顺序、塑性区的重叠以及边缘气割的影响等等。利用该法可以对各种装配焊接工艺方案的焊接变形进行预测,从而可以选择最优的方案。     

散货船舱间甲板横梁焊接变形控制

在散货船舱间甲板横梁预制施工过程中,由于其结构型式特殊,焊缝非对称布置,如果采用常规方式焊接,焊接变形量较大.文章通过对现场施工各环节排查和变形原因分析,实施了一系列设计和工艺优化措施,取消面板自然坡口和半圆钢两侧倒角,使得焊接道数大大减少,采用特制工装改变焊接位置,实际焊接变形量比优化前小很多.经统计分析,某船甲板横...     

Recent research on welding distortion prediction in thin plate fabrication by means of elastic FE computation

Elastic FE simulation with inherent deformation and interface element is an ideal and practical computational approach for predicting welding distortion in production of thin plate structures. In this study, recent researches on inherent deformation theory and welding induced buckling investigation of ship panel were sequentially introduced. Taking bead-on-plate welding as research objective (plate with 2.28 mm in thickness), integration approach with inherent strain was proposed to accurately and conveniently evaluate magnitude of inherent deformation. Also, average temperature to clarify the mechanism of influential effect of plate width on magnitude of inherent deformation was presented and examined. With the mechanism investigation of welding induced buckling by elastic FE analysis using inherent deformation, an application for predicting and mitigating the welding induced buckling in fabrication of ship panel with thin plates by employing different welding procedure patterns was carried out. Examined intermittent zigzag welding procedure is effective to reduce the magnitude of in-plane inherent shrinkages and control the possible welding induced buckling.     

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。     

舰艇典型分段焊接工艺仿真及其变形规律分析

针对舰艇分段结构采用不同的装焊工艺顺序会出现不同的焊接变形的问题,以某舰艇256#分段焊接的整体变形量最小为目标,基于热弹塑性和固有应变理论,结合该分段焊接常用的6种焊接工艺顺序方案,采用ABAQUS有限元软件进行焊接变形数值仿真。对6种方案进行计算对比,结果表明,舰艇分段焊接采用C方案,即以矩形块为单位,由中间向两端对称焊接,从船中向两舷焊接横向和纵向构件的工艺顺序,该分段的整体变形量为最小,该方案为最优焊接工艺顺序方案。     

应用固有应变法计算焊接变形时材料模型的选择研究

分别采用理想弹塑性模型和双线性强化模型,推导出各自的固有应变计算公式,研究不同材料模型对于焊接结构变形的影响。研究结果表明,两种固有应变计算公式所预测的变形结果之间相对误差较小,即不同材料模型的选择对预测结构焊接变形的影响可以忽略。     

基于固有变形的船用钢薄板对接焊失稳变形的数值分析

在船用钢薄板的焊接过程中,不但会产生常见的焊接变形,也有可能产生焊接失稳变形。本文以焊缝的固有变形为依据,阐明船用钢薄板对接焊失稳变形产生的内在机理;同时,以固有变形为输入参数,通过弹性有限元分析的数值模拟,预测出可能产生的失稳变形模态和变形值;最终,通过四种不同的工艺方法(激光焊、瞬态热拉伸、随焊激冷和间断焊等),来减小固有变形的数值,并控制薄板对接焊接头可能产生的失稳变形。     

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。     

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.     

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。     

An efficient FE computation for predicting welding induced buckling in production of ship panel structure

In a Thermal-Elastic-Plastic (TEP) FE analysis to investigate welding induced buckling of large thin plate welded structure such as ship panel, it will be extremely difficult to converge computation and obtain the results when the material and geometrical non-linear behaviors are both considered. In this study, an efficient FE computation which is an elastic FE analysis based on inherent deformation method, is proposed to predict welding induced buckling with employing large deformation theory, and an application in ship panel production is carried out. The proposed FE computation is implemented with two steps:(1) The typical weld joint (fillet weld) existing in considered ship panel structure is conducted with sequential welding using actual welding condition, and welding angular distortion after completely cooling down is measured. A TEP FE analysis with solid elements model is carried out to predict the welding angular distortion, which is validated by comparing with experimental results. Then, inherent deformations in this examined fillet welded joint are evaluated as a loading for the subsequent elastic FE analysis. Also, the simultaneous welding to assemble this fillet welded joint is numerically considered and its inherent deformations are evaluated.(2) To predict the welding induced buckling in the production of ship panel structure, a shell element model of considered ship panel is then employed for elastic FE analysis, in which inherent deformation evaluated beforehand is applied and large deformation is considered. The computed results obviously show welding induced buckling in the considered ship panel structure after welding. With its instability and difficulty for straightening, welding induced buckling prefers to be avoided whenever it is possible.