弹塑性固有应变法在厚壁球面舱壁结构焊接中的应用

针对热弹塑性有限元法仅适用小规模焊接的弊端,采用弹塑性固有应变法对厚壁球面舱壁结构的焊接工艺进行模拟,并对球面舱壁结构的焊接工艺进行优化,最终给出球面舱壁结构合理的焊接工艺.在大型有限元软件ANSYS的基础上,通过开发的热弹塑性焊接计算程序得到单道焊缝焊接时的残余应变;通过残余应变等效,对球面舱壁的各焊缝处施加温度载荷;通过一次弹塑性有限元法得到厚壁球面舱壁结构的整体变形.通过开展不同焊接工艺下球面舱壁结构的焊接变形分析,给出厚壁球面舱壁结构合理的焊接工艺.     

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.     

基于热弹塑性计算分析的甲板分段建造反变形值设置方法

主要采用顺序耦合热弹塑性有限元法,对甲板分段建造过程的焊接变形进行研究,在自由状态下模拟焊接过程中甲板分段变形变化规律和产生机理,分析计算结果确定反变形值设置,提高其建造平整度,为甲板分段建造的精度控制提供参考依据。     

船舶结构T型接头焊接变形数值模拟研究

基于ANSYS WORKBENCH有限元软件,建立了某集装箱船T型焊接接头的热-弹塑性有限元模型。通过顺序耦合的计算方式,对接头的焊接温度场、焊接残余应力及变形进行了数值模拟。最后将数值模拟结果与试验结果进行比较。研究结果表明：数值模拟计算得到的T型接头横向位移和纵向位移与试验结果相符合,所建立的数值模拟模型较准确地预报了T型接头的焊接变形情况。     

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。     

典型焊接接头固有应变的影响因素研究

基于热弹塑性有限元法采用多线性各向同性强化原则对船级钢T型接头的焊接过程进行了数值模拟,重点研究分析热输入量、焊接速度及焊脚长对固有变形的影响.从T型接头的固有应变数值分析与实验结果对比可以得到:当热输入量一致,数值计算的温度场和角变形与试验结果基本一致;角变形随着焊接速度和焊脚长增大,先增大后减小;横向收缩与纵向收缩率则有着不同的比例关系。     

船底板架焊接胎架约束力分布规律分析

为了保证船底板架在装焊过程中胎架连接板的安全性,采用热弹塑性有限元法模拟横骨架式船底结构的焊接过程,比较分析无约束和受胎架固定约束条件下的焊接变形,讨论胎架约束力的分布特点。结果表明,在焊接过程中位于船底板架角端的约束力最大;按顺序从中部肋板依次对称向两侧拆除胎架连接板有利于减小拆除过程中的最大约束力。     

船体厚板焊接过程的多道填充建模仿真方法研究

船体厚板焊接难度大,为预报厚板焊接过程中的温度、应变和变形,选取对接焊和角接焊两种典型焊缝形式,焊接过程采用多道焊接填充建模的方法,并对网格划分进行适应性处理,按照热弹塑性有限元方法的步骤对典型焊缝模型进行温度场和应力场的计算,并与文献中的实验数据进行对比分析,验证多道焊接填充建模方法在厚板焊接弹塑性仿真过程中的有效性,研究结果可以为厚板焊接仿真和厚板焊接工艺制定提供参考。     

不同焊接顺序下加筋板变形及残余应力的三维有限元研究

针对焊接过程的二维有限元计算与实际情况存在一定差别的问题,使用三维热弹-塑性有限元法对不同焊接顺序下加筋板焊接过程进行了仿真,获得了加筋板焊接引起的温度场、位移场和应力场。结果表明：在4点约束条件下,加筋板横截面的变形为中垂变形,纵筋的变形为中拱变形,方案1横截面变形更小,方案2纵筋变形更小。焊接引起的加筋板残余应力主要表现为横向应力,其在近焊缝区为拉应力,达到材料屈服强度,远离焊缝区表现为压应力,达到0.2倍材料屈服强度。加强筋横向应力峰值出现在起弧端和收弧端,约为0.85倍材料屈服强度,纵向应力峰值出现在焊接起弧端,约为0.3倍材料屈服强度。在加筋板横截面位置,焊接顺序主要影响加强筋处的残余应力;在加强筋位置,焊接顺序主要影响纵向应力。每组焊缝同时同向焊接,且每根纵筋从左向右依次焊接的焊接方案产生更小的残余应力。     

船体结构T型接头焊接变形预测及控制研究

T型接头的焊接变形会对船体结构件的安装以及强度安全等方面带来不利影响,基于SYSWELD有限元分析软件,利用热弹塑性非线性有限元计算方法并选取双椭球体积热源模型,模拟T型接头开单边V型坡口时的焊接变形。基于预测结果,提出改变焊接顺序来控制焊接变形,通过对四种方案下焊接变形结果的对比确定了最优方案并进行了理论分析,为实际生产过程中焊接变形的预测和控制提供了理论指导。     

焊接初始缺陷对海洋平台横撑极限强度的影响

为了研究焊接初始缺陷对海洋平台结构极限强度的影响,采用热弹塑性有限元法对不同焊接顺序下半潜式海洋平台横撑结构的焊接过程进行模拟,获得横撑结构的焊接残余应力和变形。在此基础上,采用Riks法计算含焊接初始缺陷的横撑结构的轴向压缩极限强度。结果表明:在2种焊接顺序下,横撑结构的纵向构件发生局部屈曲时的压缩载荷相差约11%,含焊接初始缺陷的横撑结构的屈曲压缩载荷比无缺陷的横撑结构小约18.45%;由于该结构整体的刚度较大,焊接初始缺陷和焊接顺序对横撑结构最终极限强度的影响较小。     

5083铝合金平板对接焊接变形实验与计算分析

采用实验和数值模拟对5083铝合金焊接变形规律进行了研究。采用热弹塑性有限元法对平板对接焊变形进行分析,结果表明,采用板单元有限元计算的平板焊接横向、纵向、面外变形分布与实验测量结果一致。     

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。     

加筋板结构连续焊焊接变形规律

基于通用有限元软件Abaqus,采用顺序耦合热弹塑性有限元方法对加筋板结构双边连续焊焊接变形规律进行了研究。为了提高计算效率,采用具有截面积分特性shell单元的shell/solid模型描述加筋板结构,实现了焊接过程数值模拟。针对双边连续焊焊接方式,分别计算比较了T形接头两侧同时焊接和两侧依次焊接情况下的结构残余变形和应力。结果表明:T形接头两侧同时焊接产生较小的焊接变形,并且变形较为对称。     

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.     

焊接反变形规律的实验验证

焊接接头附近局部加热及冷却使焊接结构产生残余应力及角变形。利用热弹塑性有限元法模拟钢结构的焊接过程,经计算发现,焊前施加弹性反变形的结构,焊后角变形趋于零。该数值模拟结果说明,对结构焊前施加弹性反向角变形,是控制被焊结构残余角变形的有效方法。通过焊接实验再次证明,弹性反向角变形对控制钢结构残余角变形的重要意义。     

邮轮板架焊接顺序优化及变形控制

优化焊接顺序、控制薄板变形是邮轮建造精度管理中的重要组成部分。通过有限元软件ABAQUS,以典型薄板板架结构为研究对象,采用基于分段移动热源模型的热弹塑性有限元法进行焊接顺序优化及变形控制研究。结果表明：无外部约束条件下,板架易发生局部波浪变形,且失稳模态与焊接顺序相关;对于同向多筋板结构,单条加筋板单向焊接有利于收缩变形精度控制,单条加筋板双向焊接有利于垂向变形精度控制;对于板架结构,纵骨先装、横梁双向同时焊接（方案H）满足流水线生产且有利于纵向和垂向变形精度控制。施加工装夹具可抑制板架失稳变形和扭曲变形,减小整体垂向变形20%～30%,但布置复杂的夹具较布置简单的夹具对垂向变形无有效增益。     

焊接工艺参数对焊接变形及残余应力的影响

为了研究焊接工艺参数对焊接变形及残余应力的影响,文章基于非线性有限元法对平板对接焊焊接过程进行了数值模拟,结果表明:对于焊缝中心线上任一点,横向变形随外界环境温度的升高而减小;在3种热源功率下,最大横向变形均出现在焊接末端,其值随热源功率的增大而减小。说明外界环境温度越高,焊接效果越好,焊接热源功率越大,焊接效果越好。     

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#分段焊接的整体最小变形量为目标,基于热弹塑性和固有应变理论,对该分段焊接常用的六种不同焊接工艺顺序,采用ABAQUS有限元软件进行焊接变形数值仿真;对比六种不同的方案计算结果表明,舰艇分段焊接采用C方案以矩形块为单位,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,该分段整体变形量为最小,为最优焊接工艺顺序方案。     

LNG独立液舱焊接变形热弹塑性有限元分析

LNG船舶建造过程中,采用新型不锈钢材料304L独立液舱的焊接变形是LNG船舶性能的重要指标.为准确预测独立液舱的焊接变形,通过平板表面堆焊的实验研究和热弹塑性有限元分析,验证了所假定的一组304L不锈钢材料性能参数的合理性;在此基础上,应用热弹塑性有限元法成功地预测了液舱结构的焊接变形.