基于試驗(yàn)的海工用大型復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力數(shù)值模擬.pdf

1、焊接殘余應(yīng)力嚴(yán)重影響著大型焊接結(jié)構(gòu)服役的安全性和可靠性，采用數(shù)值計(jì)算方法對焊接過程進(jìn)行模擬有助于了解焊接應(yīng)力演變的過程?，F(xiàn)代焊接結(jié)構(gòu)向著大型化和復(fù)雜化發(fā)展，較大模型使得數(shù)值計(jì)算效率低下，嚴(yán)重阻礙數(shù)值計(jì)算在大型焊接結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。本文在綜述國內(nèi)外焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)上，采用試驗(yàn)加數(shù)值計(jì)算的方法分析海工用大型復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力狀態(tài)，重點(diǎn)研究了該類大型結(jié)構(gòu)焊接殘余應(yīng)力的高效數(shù)值計(jì)算方法和應(yīng)力演變過程。首先，采用試驗(yàn)對 EQ56試

2、板和大型焊接結(jié)構(gòu)焊縫周圍的殘余應(yīng)力進(jìn)行測試，基于試驗(yàn)進(jìn)行 EQ56試板多道焊殘余應(yīng)力數(shù)值計(jì)算，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行焊道數(shù)目以及帶狀熱源長度的簡化，為大型三維模型高效計(jì)算提供基礎(chǔ)；然后，建立大型復(fù)雜焊接結(jié)構(gòu)的二維平面應(yīng)變模型，研究兩種不同坡口的焊縫焊道數(shù)目對應(yīng)力場計(jì)算結(jié)果的影響；最后，在焊道簡化結(jié)果和高效熱源模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行大型模擬件三維焊接殘余應(yīng)力場的計(jì)算，并對比試驗(yàn)結(jié)果，選取三條路徑分別研究不同焊縫焊完后的應(yīng)力狀態(tài)，從而得出焊接過程中的應(yīng)力

3、演化過程。
　　焊道簡化和帶狀熱源長度優(yōu)化結(jié)果表明：計(jì)算的 EQ56試板上下表面應(yīng)力分布和試驗(yàn)結(jié)果相近，說明計(jì)算模型、網(wǎng)格大小和計(jì)算方法合理；對于本文中計(jì)算的小試板32道焊接模型，可簡化為7~11道計(jì)算，能兼顧計(jì)算效率和精度；對于250mm長焊縫殘余應(yīng)力數(shù)值計(jì)算而言，熱源分段數(shù)目大于2段時(shí)能保證一定的計(jì)算精度，且計(jì)算效率顯著提高。
　　針對大型模擬件二維平面應(yīng)變模型的研究表明：V型坡口與K型坡口未簡化焊道的應(yīng)力分布與簡化后的

4、應(yīng)力分布趨勢較接近，最大拉應(yīng)力都是出現(xiàn)在焊縫與軸承座連接的位置，與實(shí)際焊接過程中存在的危險(xiǎn)區(qū)吻合。從殘余應(yīng)力的計(jì)算精度以及三維大型模擬件的計(jì)算效率考慮，V型坡口35道焊縫可以簡化成5道進(jìn)行三維大型模擬件的簡化計(jì)算，K型坡口19道焊縫也可以簡化成5道進(jìn)行三維大型模擬件的簡化計(jì)算。
　　用焊道簡化結(jié)果和高效熱源模型計(jì)算所獲得的大型模擬件三維焊接殘余應(yīng)力場，其應(yīng)力分布狀態(tài)和數(shù)值與實(shí)際測試結(jié)果基本一致。大型模擬件三個(gè)方向殘余應(yīng)力都會產(chǎn)生較