船体板架结构焊接变形预测控制及影响因素研究

摘要

船舶建造过程中，焊接作为其主要的金属加工方法之一，不可避免的会产生各种焊接残余变形。焊接残余变形不仅影响焊接结构的尺寸的精度，而且增加船舶建造过程中的成本。本文基于固有应变的等效载荷法是如今常用的大型结构焊接变形模拟方法，以及结合船舶建造中常用的加放余量的焊接控制的方法，对船体板架结构焊接变形预测控制及影响因素进行了研究。
　　本文首先根据基于固有应变的等效载荷法，研究了焊接过程中温度变化同固有应变间的关系，并结合三维有限元理论得到焊接过程中的等效载荷计算公式。最后，以船舶建造过程中的角焊接为例，计算了其纵向收缩变形及横向收缩变形，并与实测结果进行对比分析，验证了等效载荷法对焊接变形预测的准确性。其次针对船舶建造过程中常用的焊接变形控制方法----加放余量，分别从理论分析、传统经验公式、实际测量进行了分析，验证了等效载荷法的准确性，在此基础上对加放余量的角焊接进行了模拟分析，验证了加放余量法对焊接变形控制的可行性。然后在大量研究基础上，考虑到实际焊接过程，选取某小组立结构，研究了焊接等效载荷加载顺序对焊接变形的影响，提出了正确模拟焊接变形的方法，并在此基础上提出了等效载荷简化公式以及建立船舶焊接变形数据库的设想。最后结合之前的研究，通过控制变形的方法，分别研究了焊接电流、焊接速度、板厚对焊接变形的影响，为焊接工艺制定时，焊接电流、焊接速度及焊接方法的选择提供了一定的理论指导。

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第1章 绪论

1.1 课题的目的和意义

1.2 焊接变形的预测方法

1.3 焊接变形的控制方法

1.4论文的主要工作

第2章 基于固有应变法的焊接变形模拟

2.1 引言

2.2 固有应变与焊接变形

2.3 固有应变的计算

2.4 不同温度下的材料特性

2.5等效载荷的计算

2.6 小组立焊接变形计算

2.7 本章小结

第3章 基于加放余量的焊接变形控制

3.1 引言

3.2 焊接残余变形理论

3.3 余量大小经验计算

3.4 预留余量下的焊接变形计算

3.5 本章小结

第4章 等效载荷加载顺序对焊接变形的影响

4.1 引言

4.2 直接加载等效载荷的变形模拟

4.3 通过‘生死’单元法并按焊接顺序加载等效载荷

4.4 船体焊接变形数据库建立设想

4.5 本章小结

第5章 焊接工艺参数对焊接变形的影响

5.1引言

5.2焊接模型建立

5.3 变形分析

5.4 应力分析

5.5 本章小结

结论

一、主要结论

二、课题展望

参考文献

致谢