船體大型結(jié)構(gòu)件焊接變形預(yù)測.pdf

1、船舶工業(yè)是為水上交通、海洋開發(fā)和國防建設(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較小的結(jié)構(gòu)件分別焊接制造，最后再把各個分段拼裝焊接起來。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也會造成焊接精度問題，降低結(jié)構(gòu)的承載能力。所以在建造大型船舶的每個分段時需要研究焊接

2、結(jié)構(gòu)件的殘余應(yīng)力和焊接變形問題。
　　為了掌握焊接變形的規(guī)律，就應(yīng)對焊接溫度場及焊接過程中的應(yīng)力變形進行準(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，熱彈塑性計算是典型非線性過程（材料非線性、幾何非線性等），矩陣方程奇異性大，計算結(jié)果收斂困難需要多次迭代才能達到必要的精度，不適用于大型結(jié)構(gòu)件應(yīng)力變形預(yù)測，故本文采用固有應(yīng)變法預(yù)測大型結(jié)構(gòu)件應(yīng)力變形。
　　針對大型船體結(jié)構(gòu)件（底板、縱骨和肋板焊接結(jié)構(gòu)

3、），本文選取其中一個典型小結(jié)構(gòu)件（T型接頭雙邊開45°角V形坡口）進行熔化極氣體保護焊（MAG）焊接實驗，使用盲孔法對典型小結(jié)構(gòu)件（T型接頭）進行焊后殘余應(yīng)力實驗，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仿真軟件進行熱彈塑性有限元分析，計算小結(jié)構(gòu)的溫度場、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：底板與縱骨八條長焊縫焊接后，整個結(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)板八條長焊縫焊接后，整