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船体甲板分段焊接变形和残余应力数值模拟
| 论文题名： | 船体甲板分段焊接变形和残余应力数值模拟 |
| 关键词： | 船舶制造;船体结构;焊接变形;数值模拟 |
| 摘要： | 焊接是船舶制造过程中至关重要的工艺环节，对船舶的建造质量和使用性能等因素均有重要影响。焊接变形和焊接残余应力是焊接过程中最常见的问题之一，利用数值模拟研究焊接顺序对焊接变形和残余应力的影响是目前控制焊接变形和残余应力最为经济、方便的方法。热弹塑性有限元法因计算精度高、适用性灵活而被广泛使用，但计算时间长和收敛性差限制了其在大型船体结构焊接中的应用。本文基于有限元分析软件ABAQUS，采用温度场映射、shell/solid模型和分段移动热源以提高热弹塑性的计算分析效率，对船体大型结构的焊接顺序进行分析，主要工作如下： （1）对国内外焊接研究方法和现状进行总结。首先介绍固有应变法和热弹塑性有限元法及其在大结构焊接和焊接顺序研究中的应用，然后针对计算效率介绍了热弹塑性有限元法中的单元和热源类型、网格自适应技术、并行计算等方法。同时介绍了焊接热弹塑性有限元法中的温度场和应力场分析理论、具有截面积分特性的shell单元。 （2）根据船体结构的对称性和重复性特点，将船体结构划分为若干个静态子结构，提出焊接温度场映射技术。在由ABAQUS计算得到子结构中一条焊缝对应的焊接温度场结果后，利用PYTHON实现温度场结果的镜像和平移，快速得到温度场结果文件，从而提高计算效率。通过将温度场映射和shell/solid模型应用于船体加筋板，证明了该方法的实用性，并将其应用于船体加筋板的焊接研究。 （3）以船体加筋板为研究对象，计算了加筋板两侧角焊缝的焊接步骤对结构的焊接变形和残余应力的影响，并根据计算结果提出了一种改进的焊接步骤，使结构的焊接变形和残余应力得到了明显改善。 （4）将分段移动热源应用于大型船体甲板分段，结合温度场映射技术和shell/solid模型，实现了大型结构的焊接数值模拟。分析了纵横骨材对结构的整体变形和局部变形的贡献，比较了纵横骨材的不同焊接顺序对结构的焊接变形和残余应力的影响。 |
| 作者： | 喻琪 |
| 专业： | 船舶与海洋工程 |
| 导师： | 陈震 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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