基于固有應(yīng)變的船體分段焊接變形預(yù)測(cè).pdf

1、船體分段在焊接過(guò)程中產(chǎn)生的焊接變形會(huì)給下一階段的焊接和裝配帶來(lái)很大的困難，甚至使船體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度降低，在分段合攏時(shí)，需花大量的時(shí)間進(jìn)行矯正和鏟割工作，這必然影響建造進(jìn)度和經(jīng)濟(jì)效益。精確預(yù)測(cè)和控制焊接變形是現(xiàn)代化造船工藝的要求。 本文采用的基于固有應(yīng)變的等效載荷法適用于船舶等復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)，先計(jì)算焊接區(qū)域的固有應(yīng)變，固有應(yīng)變由焊件上各點(diǎn)能達(dá)到的最高溫度和結(jié)構(gòu)的約束強(qiáng)度決定，再將固有應(yīng)變轉(zhuǎn)化為等效載荷，進(jìn)而應(yīng)用彈性有限元分析求得整個(gè)結(jié)構(gòu)的

2、焊接變形。本文所作的具體工作如下： 1、利用桿-彈簧熱彈-塑性分析模型，觀察了焊接點(diǎn)的固有應(yīng)變產(chǎn)生過(guò)程，對(duì)以前需假設(shè)固有應(yīng)變分布形狀的方法作了改進(jìn)，提出固有應(yīng)變完全由溫度分布及約束度變化而決定，這種新方法得到了隨位置變化的固有應(yīng)變分布。 2、不同于以往計(jì)算船體焊接溫度分布采用經(jīng)驗(yàn)公式的方法，本文進(jìn)行了平板堆焊和加筋板角接焊的3維瞬態(tài)熱傳導(dǎo)分析，考慮了材料性能隨溫度的變化，求出了每一瞬時(shí)船體分段的溫度場(chǎng)分布及整個(gè)焊接過(guò)程中

3、各點(diǎn)的最高溫度分布，本文的平板堆焊結(jié)果與解析解比較(圖3.18所示)，精度可靠。加筋板角接焊的結(jié)果與C.H.Lee(文獻(xiàn)[82])的結(jié)果相差3.04﹪。 3、本文結(jié)合他人文獻(xiàn)[86，87，92]在多種焊接條件下得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和單位載荷彈性分析法，得到了由溫度變化產(chǎn)生的內(nèi)部約束和由結(jié)構(gòu)物的剛性及邊界條件產(chǎn)生的外部約束。得出了焊接輸入熱量及各制造階段的結(jié)構(gòu)物的形狀變化與約束度的關(guān)系。計(jì)算中考慮了焊接點(diǎn)的彈性模量隨溫度上升而減小。本文

4、計(jì)算結(jié)果(圖4.11a)與參考文獻(xiàn)[82](圖4.11b)相比，相差分別為2.94﹪，7.14﹪，2.56﹪。 4、對(duì)固有應(yīng)變分布進(jìn)行積分求出等效載荷，在等效載荷計(jì)算中與國(guó)外參考文獻(xiàn)不同的是橫向載荷和縱向載荷都是沿焊縫方向變化的，在不同位置取不同的值，然后對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行彈性有限元分析求得最終的焊接變形。 5、推導(dǎo)了熱彈性問(wèn)題的基本方程組及其解法——位移法和應(yīng)力法。又從能量的角度，通過(guò)互易定理將復(fù)雜的熱彈性問(wèn)題簡(jiǎn)化成等溫?zé)?/p>

5、彈性問(wèn)題。并得到了矩形平板拉伸問(wèn)題和彎曲問(wèn)題在簡(jiǎn)支邊界情況下的熱應(yīng)力和熱變形解。 6、本文應(yīng)用有限元軟件ANSYS，計(jì)算了多個(gè)船體模型的焊接變形，其中研究焊接順序?qū)ψ冃斡绊懙乃憷慕亲冃谓Y(jié)果與參考文獻(xiàn)[85]比較的差別如表6.2，驗(yàn)證了本文方法的正確性。最后分析了雙層底分段的制造變形，驗(yàn)證了本文方法在實(shí)際船體分段制造中的實(shí)用性，證明其可應(yīng)用于船體分段的精度管理及質(zhì)量提高。 本論文在船體分段設(shè)計(jì)階段就可預(yù)測(cè)分段的最終變形量