基于固有应变法的舰船标准平台焊接失稳变形预测研究

摘要

在船体建造过程中，焊接作为船舶制造的重要手段，其作业量占船体建造总作业量的75％以上，焊接质量直接决定了船体质量和建造效率。由于通常采用电弧焊进行焊接作业，在焊接过程中焊件受热不均匀，在焊缝热影响区内会产生极大的温度梯度。而当焊件冷却至室温后，结构会发生变形，使得焊接结构的形状和尺寸不可避免地会出现变形的情况。
　　当用于搭载功能模块的舰船标准平台采用薄板结构时，焊接导致的失稳变形也随之发生，这种变形对装配精度有着很大的影响。因此有必要对于焊接失稳变形进行相应的预测。
　　与传统用于焊接变形预测的方法相比，固有应变法具有快速有效的计算特点和优势。在本文中，基于固有应变理论和大变形理论，结合特征值分析和有限元分析，将相关结构作为研究焊接失稳变形问题的对象，进行以下内容的研究：
　　首先，建立研究对象模型，基于热弹塑性有限元分析，对典型焊接接头进行焊接模拟分析，从后处理模块中得到的塑形应变等焊接固有应变的分布，并根据这些应变的分布情况研究用于模拟焊接失稳变形的固有应变，结合固有应变计算公式求出典型焊接接头在不同方向上固有应变的大小。
　　然后，根据适用于模拟计算的固有应变加载方式，将前面计算出的固有应变加载在模型焊缝及其附近单元区域，以用于对平板模型和加筋板结构模型进行特征值分析，计算出相应焊接参数和尺寸条件下的失稳模态。并通过控制变量的方法，研究结构尺寸、热输入、焊接顺序、构件数量、结构形式等因素对失稳机理的影响，得出相关结论，并验证基于固有应变理论和特征值分析理论研究失稳机理和预测焊接失稳变形的可行性。
　　最后，在前面的研究基础上，针对舰船标准平台中的甲板结构的焊接失稳变形进行研究，利用Weld-sta固有变形数据库，获得典型焊接接头的固有应变。在获得固有应变之后，基于大变形理论，引入初始缺陷，通过非线性计算，预测甲板结构在失稳情况下的变形情况和变形大小。然后采用控制变量的方法，研究包括热输入、板厚、构件间距等不同因素对焊接失稳变形的影响，从而总结出控制和减小焊接失稳变形的措施。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状与发展趋势

1.3本文主要的研究内容

1.4 本章小结

第2章 焊接失稳变形预测相关理论

2.1焊接有限元分析概述

2.2热弹塑性有限元分析

2.3固有应变理论

2.4大变形理论

2.5特征值分析理论

2.6软件使用

2.7本章小结

第3章 平板堆焊失稳机理研究

3.1前言

3.2焊接过程有限元分析

3.3热弹塑性有限元结果分析

3.4固有应变计算与施加方式

3.5焊接结构失稳机理研究

3.6不同因素对焊接结构失稳的影响

3.7本章小结

第4章 加筋板结构失稳机理研究

4.1前言

4.2加筋板模型与焊接参数

4.3固有应变计算

4.4焊接失稳变形机理研究

4.5不同因素对焊接结构失稳的影响

4.6本章小结

第5章 舰船标准平台焊接失稳变形预测

5.1前言

5.2模型建立与固有应变计算

5.3焊接变形预测分析

5.4不同因素对失稳变形的影响

5.5本章小结

总结与展望

1．本文主要工作

2．结论

3．研究工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及学术成果

致谢