舷侧分段结构焊接变形计算方法研究

摘要

精确预测和控制焊接变形是当今世界造船工艺的重要要求，而控制焊接变形一直是焊接工艺上的一个难点。通过对结构焊接变形的预测，来改善焊接工艺，从而减小焊接变形。固有应变等效载荷法是近年来发展的预测焊接变形的重要方法。本文通过固有应变等效载荷法来预测船体焊接变形，然后与舷侧分段结构焊接实验所得的数据进行对比，找出变形规律，进一步提高预测精度。 本文采用基于固有应变等效载荷法计算了4250集装箱舷侧分段的焊接变形，并与实验进行对比。具体工作如下： 1．遵循分段焊接规范、结构形式，进行焊接温度场模拟，结合实验数据，通过两次单位载荷有限元分析，得出舷侧结构的约束度分布。 2．根据固有应变产生原理，利用最高温度分布和约束度分布计算出固有应变的分布，然后积分得到等效载荷的分布。 3．把所得到的等效载荷施加到有限元模型上，通过弹性有限元分析最终得出舷侧结构的焊接变形。 4．设计实验报告，到船厂做舷侧分段实验，学习焊接工艺，记录常用焊接形式的焊接规范，测量平板对接焊、纵骨自动焊、气体保护焊等焊接工序后的结构焊接变形。 5．把实验数据与有限元计算结果进行比较，找出焊接规律，分析误差原因，提出减小焊接变形的措施和控制变形的方法。通过对比，找出计算存在的问题，进一步提高预测精度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1概述

1.2预测焊接变形的研究方法

1.2.1实验法

1.2.2解析法

1.2.3数值分析法

1.2.4等效载荷法

1.3焊接变形分类及影响焊接变形的因素

1.3.1焊接变形的分类

1.3.2焊接变形的成因及影响因素

1.4本文所用的等效载荷方法综述

1.5本文的主要工作

第2章焊接温度场

2.1概述

2.2焊接温度场原理

2.2.1焊接热源的热功率

2.2.2热传播定律

2.3热源模型

2.3.1热源模型的特征

2.3.2高斯函数分布的热源模型

2.3.3半球状热源模型和椭球型热源模型

2.3.4双椭球型热源模型

2.3.5热源模型的选取

2.4相变潜热

2.5舷侧结构焊接温度场分析

2.5.1焊接温度场模拟

2.5.2平板角接焊有限元分析算例

2.6本章小结

第3章舷侧结构的约束度

3.1概述

3.2焊接构件的约束度

3.2.1平板堆焊

3.2.2角接焊

3.3约束度计算方法

3.3.1结构刚度计算

3.3.2约束度计算

3.3.3温度对约束度的影响

3.4舷侧结构的约束度

3.4.1模型简介

3.4.2三甲板约束度

3.4.3隔板约束度

3.5本章小结

第4章舷侧结构的等效载荷及焊接变形

4.1概述

4.2固有应力与固有应变

4.3焊接固有应变分析模型

4.3.1焊接固有应变的成因

4.3.2考虑材料常数非线性的热弹—塑性分析模型

4.4舷侧结构等效载荷

4.4.1平板焊接固有应变的等效载荷

4.4.2舷侧结构的等效载荷

4.5预测焊接变形计算流程

4.6舷侧结构模型加载及变形分析

4.7本章小结

第5章焊接实验及比较结果

5.1概述

5.2舷侧焊接实验

5.2.1平板对接焊

5.2.2纵骨自动焊

5.2.3隔板、甲板与内外壳CO2气体保护焊

5.3舷侧焊接实验测量位置及数据

5.3.1纵骨自动焊测量位置及数据

5.3.2CO2气体保护焊测量位置及数据

5.4计算与实验结果对比

5.5减小变形和控制变形方法

5.6本章小节

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢