船體大型結(jié)構(gòu)件焊接變形預(yù)測(cè).pdf

1、船舶工業(yè)是為水上交通、海洋開(kāi)發(fā)和國(guó)防建設(shè)等行業(yè)提供技術(shù)裝備的現(xiàn)代綜合性產(chǎn)業(yè)。大型船舶結(jié)構(gòu)件體積龐大，一次整體制造困難，國(guó)內(nèi)外的造船廠建造的大型船舶往往將其分成幾段或十幾段相對(duì)較小的結(jié)構(gòu)件分別焊接制造，最后再把各個(gè)分段拼裝焊接起來(lái)。焊接局部不均勻的加熱和冷卻使得船舶與海洋工程等重要結(jié)構(gòu)件產(chǎn)生各種焊接變形。結(jié)構(gòu)件的焊接變形不僅導(dǎo)致船體焊接和裝配的難度加大同時(shí)也會(huì)造成焊接精度問(wèn)題，降低結(jié)構(gòu)的承載能力。所以在建造大型船舶的每個(gè)分段時(shí)需要研究焊接

2、結(jié)構(gòu)件的殘余應(yīng)力和焊接變形問(wèn)題。
　　為了掌握焊接變形的規(guī)律，就應(yīng)對(duì)焊接溫度場(chǎng)及焊接過(guò)程中的應(yīng)力變形進(jìn)行準(zhǔn)確的分析。常用的焊接應(yīng)力變形數(shù)值模擬方法有熱彈塑性有限元法和固有應(yīng)變法，熱彈塑性計(jì)算是典型非線性過(guò)程（材料非線性、幾何非線性等），矩陣方程奇異性大，計(jì)算結(jié)果收斂困難需要多次迭代才能達(dá)到必要的精度，不適用于大型結(jié)構(gòu)件應(yīng)力變形預(yù)測(cè)，故本文采用固有應(yīng)變法預(yù)測(cè)大型結(jié)構(gòu)件應(yīng)力變形。
　　針對(duì)大型船體結(jié)構(gòu)件（底板、縱骨和肋板焊接結(jié)構(gòu)

3、），本文選取其中一個(gè)典型小結(jié)構(gòu)件（T型接頭雙邊開(kāi)45°角V形坡口）進(jìn)行熔化極氣體保護(hù)焊（MAG）焊接實(shí)驗(yàn)，使用盲孔法對(duì)典型小結(jié)構(gòu)件（T型接頭）進(jìn)行焊后殘余應(yīng)力實(shí)驗(yàn)，并繪制出殘余應(yīng)力分布規(guī)律圖；建立典型小結(jié)構(gòu)（T型接頭）的數(shù)學(xué)模型，確定材料熱物性參數(shù)、邊界條件、熱源模型及約束條件等；使用ANSYS仿真軟件進(jìn)行熱彈塑性有限元分析，計(jì)算小結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)、應(yīng)力應(yīng)變、變形的分布；下一步采用固有應(yīng)變的有限元分析方法，將小結(jié)構(gòu)熱彈塑性有限元計(jì)算得到的固

4、有變形轉(zhuǎn)化為固有應(yīng)變加載到大型結(jié)構(gòu)上，使用大型焊接變形仿真軟件預(yù)測(cè)大型船體結(jié)構(gòu)的焊接變形。
　　研究結(jié)果表明：底板與縱骨八條長(zhǎng)焊縫焊接后，整個(gè)結(jié)構(gòu)件的橫向收縮最大值為13.056mm，底板左下端和右上端橫向收縮較大。左側(cè)的三根縱骨向右側(cè)橫向收縮變形，右側(cè)的三根肋骨向左側(cè)橫向收縮變形，中間兩根縱骨橫向收縮量較小。整個(gè)結(jié)構(gòu)件縱向最大收縮量為16.9 mm且底板和縱骨上端的縱向收縮量較下端的大；底板與肋板、肋板與側(cè)板八條長(zhǎng)焊縫焊接后，整