大型船體焊接變形仿真技術研究及其應用——50000T多用途船貨艙雙層底結構焊接變形預測.pdf

1、焊接是船舶制造最主要的加工手段，焊接水平的高低在很大程度上決定了船體的質量和生產效率，而焊接變形又是焊接過程中最難控制的一環(huán)。焊接變形的存在不僅造成了焊接結構形狀變異，尺寸精度下降和承載能力降低，而且在工作荷載作用下引起的附加彎矩和應力集中現(xiàn)象是船舶結構早期失效的主要原因，也是造成船舶結構疲勞強度降低的原因之一。因此，對焊接變形的預測及控制已成為船舶生產中迫切需要解決的重要課題。
　　對于大型船舶結構，采用傳統(tǒng)的熱彈塑性理論建立三

2、維實體單元模型來模擬焊接過程需要消耗巨大的計算機資源，目前只適用于焊接接頭及較小結構的焊接行為力學分析。將固有應變預測法作為一種近似的手段引入焊接變形的數(shù)值模擬，是一種相對快速且有效的預測大型復雜結構焊接變形的方法，同時能夠獲得有一定準確度的焊接殘余應力和變形值，為反變形量（補償量）的計算提供了有力工具，即將預測所得的有關數(shù)據(jù)供焊接工藝設計時選擇參照，并確定實際生產時的預留變形量，以確保船舶結構的焊接精度和質量，其具有很大的實用價值和發(fā)

3、展前景。但值得一提的是，固有應變預測法是建立在固有應變數(shù)據(jù)庫的基礎上的，這個數(shù)據(jù)庫是準確預測焊接變形的前提。
　　除了上述的固有應變預測法，采用基于熱彈塑性理論的3D板單元方法對大型復雜結構的焊接過程進行有限元模擬也是一種有效地近似計算方法。并且3D板單元熱彈塑性有限元法僅需較少的計算時間且在焊接變形量預測上具有較高的精度。
　　本文以生產中的50000T多用途船為研究對象，采用基于固有應變預測法和3D板單元熱彈塑性有限元法

4、分別對該船貨艙雙層底分段進行焊接變形的預測，并將這兩種方法的計算結果和實測數(shù)據(jù)相比較。固有應變預測法首先是通過大量的計算和實測，并在此基礎上整理得到一個簡化的以板厚為參數(shù)的固有應變計算公式，然后基于該公式和經驗結果建立了船體結構焊接的固有應變數(shù)據(jù)庫，接著運用基于固有應變法和彈性有限元分析的焊接變形專用預測軟件 WSDP對該50000T多用途船的第6貨艙雙層底1C14P/C/S分段結構的焊接過程進行模擬計算，預測其焊接變形，最后將計算結果

5、與實測數(shù)據(jù)進行對比。而3D板單元熱彈塑性有限元法則嘗試采用3D板單元建立有限元模型，考慮板單元的熱彈塑性，運用大型商用軟件ABAQUS，對同一貨艙分段結構的焊接過程進行模擬，并將該計算過程、結果與固有應變預測法的計算過程、結果及實測數(shù)據(jù)進行比較。
　　研究結果表明，采用固有應變預測法所計算的結果與實測數(shù)據(jù)具有較好的吻合，這將有利于完善修正固有應變數(shù)據(jù)庫，同時，也進一步驗證了該固有應變數(shù)據(jù)庫和簡化計算公式的實用性。基于固有應變法的專