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基于壳单元的船体典型接头焊接变形与残余应力预测
| 论文题名： | 基于壳单元的船体典型接头焊接变形与残余应力预测 |
| 关键词： | 船体结构;壳单元;热弹塑性有限元;焊接变形;数值模拟;极限强度 |
| 摘要： | 焊接作为一种高效、可靠的连接方法广泛地应用于船舶制造工业中,由于焊缝区域局部的高温加热和冷却造成焊件受热不均,在结构中产生焊接残余应力与变形。焊接初始缺陷的存在会造成船体结构有效剖面面积的减少,使结构容易发生失稳,极大地影响船体结构的极限强度。为了准确的预报船体结构极限强度,保证船体结构的安全性,需要合理考虑和预测焊后残余应力与变形的分布,因此,本文主要开展了以下几个方面的工作: (1)简要概述了典型平板对接焊接头的试验情况,并对焊后测量数据进行了处理与分析。针对试验焊件建立了具有截面积分特性的板壳单元二维有限元模型,采用高斯面热源与均匀体热源组合的混合移动热源,考虑材料物理性能随温度的变化特性,对薄板对接温度场与变形场进行了计算,并与相当网格尺寸的三维实体单元模型计算结果及实验测量数据进行了对比。 (2)提出了应用于热弹塑性有限元分析的混合单元模型,针对典型双侧单道无拘束焊T型接头,建立了温度场与应力场的混合单元有限元模型,开展了顺序耦合的热弹塑性有限元计算,研究了T型接头焊后的残余变形与应力分布,并与相应的三维实体单元模型温度场、变形场与残余应力场结果进行了对比,验证了混合单元模型的可行性。 (3)以船体甲板纵桁为研究对象,采用基于三维板壳单元的热弹塑性有限元方法,研究了加筋板筋-板角接焊的残余应力和变形问题,分析比较了不同边界约束和焊接顺序时加筋板的横向收缩、角变形、纵向弯曲的大小以及残余应力的分布情况,讨论了焊缝起止端应力集中的情况,为进一步研究考虑焊接缺陷的加筋板强度问题提供了基础。 |
| 作者： | 田鹏 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 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： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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