参数化的船体平板分段焊接变形预测

摘要

船体分段的焊接变形会给下一阶段的焊接和装配带来很大的困难，精确预测大型船体分段的焊接变形具有重大的工程应用价值。固有应变等效载荷法是近年发展较快的预测焊接变形的方法。但是对于大型结构，需要较长的计算周期，将参数化技术用于焊接变形预测，能够大大提高分析效率，这一研究方向具有深远意义。 本文采用基于固有应变的等效载荷法分析实船船体分段的焊接变形。具体工作如下： 1)模拟平板堆焊和角接焊三维瞬态温度场，分析了焊接温度场随时间和空间的分布规律，以及剖面上各位置经历的最高温度；编写参数化程序，通过多次计算，研究三个焊接参数和结构参数对于温度场的影响，得到定量的结论； 2)结合试验数据，通过两次单位载荷有限元分析，得到了焊件装配阶段约束度的分布，并分析了不同焊接顺序在约束度上的体现； 3)遵循固有应变产生原理，利用最高温度和约束度在焊件上的分布计算固有应变的分布，积分得到等效载荷的分布，改善以往采用平均固有应变计算焊接变形带来的误差，为提高预测精度奠定基础； 4)将基于固有应变的等效载荷法用于实船，得到了一段舷侧平面分段结构的焊接变形，并通过实验比较，论证了该方法的可靠性； 5)计算了实船船底平板分段的焊接变形，为焊接工艺和焊接方案的确定提供指导，同时也为焊接变形预测研究在大型结构上的实施积累了经验； 6)整个预测变形的过程，大都采用了APDL参数化语言程序，达到了快速高效分析的目的，在用ANSYS的二次开发功能实现船体分段焊接变形预测的征程上迈出了重要一步。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题的目的、意义

1.1.1船体分段的焊接变形预测

1.1.2参数化焊接变形预测

1.2研究现状综述

1.3焊接变形基础

1.3.1产生原因

1.3.2分类

1.4本文主要工作

第2章焊接温度场理论及参数化技术

2.1引言

2.2焊接温度场概述

2.2.1焊接温度场的概念

2.2.2焊接热过程的特点

2.2.3焊接温度场的研究历史和现状

2.3焊接热源

2.3.1焊接热源模型

2.3.2焊接热源模型选取

2.4传热学经典理论回顾

2.4.1三种传热方式

2.4.2稳态传热

2.4.3瞬态传热

2.4.4导热微分方程式

2.5参数化技术

2.5.1参数化技术的发展和概况

2.5.2参数化有限元

2.5.3参数化建模的基本流程

2.6基于APDL的焊接温度场分析方法

2.6.1前处理

2.6.2载荷施加和求解

2.6.3温度场后处理

2.7本章小结

第3章参数化的焊接温度场分析

3.1引言

3.2边界条件

3.3材料参数的温度依存性

3.4相变潜热的处理

3.5焊接温度场分析实例

3.5.1平板堆焊算例

3.5.2角接焊算例

3.6焊接参数对角接焊温度场的影响

3.6.1焊接速度的影响

3.6.2焊件板厚的影响

3.6.3焊接热效率的影响

3.7本章小结

第4章焊接变形的约束度

4.1约束度的概念

4.2基本焊件的约束度

4.2.1平板堆焊

4.2.2角接焊

4.3约束度计算方法

4.3.1结构刚度计算

4.3.2.约束度计算

4.3.3温度对约束度的影响

4.4实船外底板架的约束度

4.4.1模型描述

4.4.2纵桁约束度

4.4.3肋板约束度

4.5本章小结

第5章基于固有应变的等效载荷

5.1焊接固有应变

5.2焊接固有应变的发生

5.3固有应变的决定因素

5.4焊接固有应变的计算

5.5基于固有应变的等效载荷计算

5.6固有应变和等效载荷实例分析

5.6.1纵桁焊缝的固有应变

5.6.2纵桁焊缝的等效载荷

5.6.3肋板焊缝的固有应变

5.6.4肋板焊缝的等效载荷

5.7本章小结

第6章实船分段焊接变形

6.1焊接变形分析

6.2加筋板的焊接变形

6.2.1模型描述

6.2.2计算结果

6.2.3与实验数据比较

6.3船底分段的焊接变形

6.3.1实船结构描述

6.3.2分段一的焊接变形

6.3.3分段二的焊接变形

6.4本章小结

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