船体构件焊接变形的数值模拟和实验分析

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船体是由成千上百个钢制构件经过不同程度的装配工序和焊接而成,其中焊接技术在船舶制造过程中扮演极为重要的角色。可见,焊接能力和技术的高低直接影响船体构件的合格程度和一艘船的质量。在船体各种构件和分段的焊接过程中,焊接变形的存在,成为直接影响焊接质量的重要因素。由于焊接是一种高温条件下连接材料的方式,从而会使得焊接材料的物理性能和力学性能在高温发生剧烈的变化,在降低焊接质量,焊缝可靠性和船舶装配质量的同时,还会造成资源浪费,增加制造成本;同时作用在焊缝连接处的工作载荷将极大程度引起应力集中,降低构件的承载能力,甚至会出现整条船报废的可能。所以焊接变形的预测以及控制早已是急需解决的问题。针对上述问题,本文将船体典型的小构件,结合弹热塑性理论,并选取小型构件中典型的V形坡口对接接头及T形接头进行焊接变形的研究,利用专业的软件进行焊接模拟,在结合实际焊接试验进行对比分析,为实际的船体焊接中控制焊接变形提供理论指导。本文的主要研究内容如下:(1)学习了解船舶焊接相关理论知识,对船舶制造过程中不同的构件和分段的焊接知识有比较深入的了解;可结合CAD、Solid Works等软件对船体构件建模。(2)了解当前焊接变形主流研究方法和理论知识,掌握热弹塑性有限元理论以及双椭球热源模型。(3)通过对船舶企业参观实习以及文献的研读,获取人工焊接和机器人焊接时的焊接参数,分析整理运用在本文中。以船体构件中典型的V形坡口对接接头焊缝和T形接头焊缝为例,结合专业焊接软件Simufacet welding进行焊接过程仿真模拟,分别研究焊接速度和焊接顺序对焊接变形的影响。(4)通过实际焊接验证,研究焊接速度和焊接顺序对焊接变形的影响,测量相关变形数据,并与仿真计算结果进行对比,分析误差产生的原因,并提出合理可行的消除策略和办法,验证数值模拟的结果在实际焊接中的可靠性,达到提高效率,节约成本的目的。
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