船体加筋板结构焊接变形和残余应力热弹塑性有限元分析.pdf

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1、第38卷第6期舰船科学技术Vol.38,No.62016年6月SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYJun.,2016船体加筋板结构焊接变形和残余应力热弹塑性有限元分析喻琪，陈震(上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海200240)摘要:为提高焊接热弹塑性数值模拟的效率，采用静态子结构方法实现焊接热传导分析计算。根据船体加筋板结构的重复性和对称性特点，将整个结构根据加强筋划分为若干相同的静态子结构，计算得到1条焊缝的温度分布后，通过温度场的镜像和平移获得整个结构的温度场。以船体加筋板为例，采用静态

2、子结构方法并结合温度场的镜像和平移技术，计算分析船体加筋板的焊接温度场和应力场结果。计算表明，该方法在保证计算精度的前提下，极大地提高了计算效率。关键词：焊接数值模拟；静态子结构；温度场映射；船体加筋板；焊接变形中图分类号：U661.4文献标识码：A文章编号：1672–7619(2016)06–0047–05doi：10.3404/j.issn.1672–7619.2016.06.009Thermalelastic-plasticFEManalysisofweldingdeformationandresidu

3、alstressofastiffenedplatestructureinhullYUQi,CHENZhen(SchoolofNavalArchitecture,OceanandCivilEngineering,ShanghaiJiaotongUniversity,Shanghai200240,China)Abstract:Inordertoimprovetheefficiencyofthermalelasticplasticfiniteelementmethod(TEPFEM),thestaticsubstr

4、ucturemethodisadoptedtofulfillheattransferanalysisofweldingprocess.Theoverallstiffenedplatestructureisdividedintoseveraluniformstaticsubstructuresaccordingtoitsrepeatabilityandsymmetry.HeattransferanalysisofonesubstructureweldingisimplementedbymeansofTEPFEM

5、andthenthetemperaturefieldsofothersubstructureweldingareobtainedviamirroringandtranslationfromthecalculatedresults.Thestaticsubstructuremethodisappliedtotheweldingsimulationofastiffenedplatestructureinhullandgoodagreementsofthermalandmechanicalresultsareobt

6、ained.Theefficiencyoftheproposedapproachisprovedextremelyhighcomparedwiththeexistedmethod.Keywords:weldingsimulation；staticsubstructure；temperaturefieldmapping；stiffenedplatestructure；weldingdistortion0引言性有限元法的计算时间，蔡志鹏等[3]在高斯热源的基础上提出了段状热源模型，在保证输入功率相当的前焊接是重要

7、的材料加工方法，在船舶建造过程中提下，将焊缝分成若干段，每一段上同时作用高斯热广泛应用。焊接引起的残余变形和应力影响船舶建造源，热流密度沿焊缝方向分布均匀，垂直于焊缝方向的质量，预测焊接残余变形和应力是开展船舶建造精则为高斯函数分布。相比于移动热源ZhenCHEN等，度控制的重要基础[1]。热弹塑性有限元方法能动态追踪焊接过程中应力应变过程和焊后的残余应力与变形[2]，段状热源在保证一定计算精度的前提下可以有效地缩广泛应用于各类典型接头焊接问题的研究中。然而，短计算时间。SHENJichao[4]将Shell

8、/Solid模型应用于角高度非线性使得焊接数值模拟焊接过程极为耗时，难接接头的焊接模拟，对焊缝区域的solid和shell单元以适用于大型船体加筋板结构。为有效地减少热弹塑通过线性约束实现节点自由度的对应关系，由于大幅收稿日期:2015–10–08；修回日期:2015–11–05作者简介:喻琪(1991–)，女，硕士研究生，主要从事船舶与海洋工程结构焊接模拟研究。·48·舰船科学技术第38卷度降低了