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基于固有应变的船体分段焊接变形预测

李鸿  
【摘要】:船体分段在焊接过程中产生的焊接变形会给下一阶段的焊接和装配带来很大的困难,甚至使船体结构强度降低,在分段合拢时,需花大量的时间进行矫正和铲割工作,这必然影响建造进度和经济效益。精确预测和控制焊接变形是现代化造船工艺的要求。 本文采用的基于固有应变的等效载荷法适用于船舶等复杂焊接结构,先计算焊接区域的固有应变,固有应变由焊件上各点能达到的最高温度和结构的约束强度决定,再将固有应变转化为等效载荷,进而应用弹性有限元分析求得整个结构的焊接变形。本文所作的具体工作如下: 1、利用杆-弹簧热弹-塑性分析模型,观察了焊接点的固有应变产生过程,对以前需假设固有应变分布形状的方法作了改进,提出固有应变完全由温度分布及约束度变化而决定,这种新方法得到了随位置变化的固有应变分布。 2、不同于以往计算船体焊接温度分布采用经验公式的方法,本文进行了平板堆焊和加筋板角接焊的3维瞬态热传导分析,考虑了材料性能随温度的变化,求出了每一瞬时船体分段的温度场分布及整个焊接过程中各点的最高温度分布,本文的平板堆焊结果与解析解比较(图3.18所示),精度可靠。加筋板角接焊的结果与C.H.Lee(文献[82])的结果相差3.04%。 3、本文结合他人文献[86,87,92]在多种焊接条件下得出的实验结果和单位载荷弹性分析法,得到了由温度变化产生的内部约束和由结构物的刚性及边界条件产生的外部约束。得出了焊接输入热量及各制造阶段的结构物的形状变化与约束度的关系。计算中考虑了焊接点的弹性模量随温度上升而减小。本文计算结果(图4.11a)与参考文献[82](图4.11b)相比,相差分别为2.94%,7.14%,2.56%。 4、对固有应变分布进行积分求出等效载荷,在等效载荷计算中与国外参考文献不同的是横向载荷和纵向载荷都是沿焊缝方向变化的,在不同位置取


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