船体结构腐蚀凹坑焊补修复技术研究.pdf

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1、笫39卷第5期2017年5月舰船科学技术SHIPSCIENCEANDTECHNoLOGYV01．39．NO．5May，2017船体结构腐蚀凹坑焊补修复技术研究刘勇，丰少伟，张振海，夏江敏(海军工程大学动力工程学院，湖北武汉430033)摘要：针对船体结构腐蚀凹坑修复问题，利用热一力耦合弹塑性数值计算技术，研究了焊补修复方法，对较大面积和深度坡口的厚壳体凹坑多道焊接过程进行模拟计算，掌握壳体凹坑修复过程中温度场和应力场分布规律，得到最佳工艺参数，并利用试验进行验证。结果表明，采用数值计算方法可较准确预测焊接的温度场和变形以及厚板结构的残余应力，为工艺参数的制定提

2、供重要依据。关键词：船体结构；腐蚀；凹坑；修复；焊接中图分类号：TGlll．8文献标识码：A文章编号：1672—7619(2017)05—0022—04doi：Io．3404／j．issn．1672—7619．2017．05．005ResearchonweldingrepairtechnologyofcorrosionpitsinhullstructureLIUYong，FENGShao-wei，ZHANGZhen—hai，XIAJiang—min(OfficeofResearchandDevelopment，NavalUniversityofEngineer

3、ing，Wuhan430033，China)Abstract：Inordertosolvetheproblemofpitsrepairinginhullstructure，thewelding-repairmethodisstudiedbyUS‘ingthethermo-mechanicalnumericalsimulation．Themulti—channelweldingprocessofthickshellswithlargeareaanddeepgrooveissimulated．Thedistributionrulesoftemperaturefie

4、ldandstressfieldintheprocessofrepairingthepitsareob-mined，andtheoptimumprocessparametersareobtainedandvalidatedbyexperiments．Theresultsshowthatthetemperat。arefieldanddeformationoftheweldedjointandtheresidualstressoftheslabstructurecanbeaccuratelypredictedbythenumericalmethod，whichpr

5、ovidesimportantbasisfortheformulationofprocessparameters．Keywords：hullstructure；corrosion；pits；repair；welding0引言船体结构在海水等介质的腐蚀作用下容易产生凹坑，影响结构强度⋯。对于较大面积和深度坡口的厚壳体凹坑，目前国内缺乏修理技术文件和标准，而整体更换船体结构牵连工程较大，时问长，费效比低。采用焊补修复方法，可快速完成缺陷修复工作，牵连工程小，费效比高，但受材料老化、施工环境有限等因素限制，修复过程中残余应力过大，将产生裂纹等新缺陷。国内外相关研究人

6、员对腐蚀凹坑修复开展了大量研究，提出了一些分析方法，日本的上田幸雄等【21以有限元法为基础，分析了厚板腐蚀凹坑焊接修复后的残余应力；WENSW等【3】利用Abaqus软件分析了厚板凹坑焊接过程。前期相关人员在研究过程中，主要考虑凹坑的深度，对凹坑面积分析较小。本文针对较大面积和深度坡口的厚壳体凹坑焊接修复问题，采用双椭球三维热源模型和热弹塑性材料模式【4】，对较大面积和深度坡口的厚壳体凹坑多道焊接过程进行模拟计算，并进行试验分析，验证计算结果的有效性。1缺陷物理模型根据我国船体结构使用的主要材料和尺寸结构，取钢板厚度为30mm，凹坑深度为20mm，凹坑面积为2

7、00mmx200mm，凹坑形状为方形，如图1所示。腐蚀凹坑深度已达到板厚度的2／3，腐蚀面积远超出现有相关修复标准要求。收稿日期：2016—11—23；修回日期：2017—01一09基金项目：国家自然科学基金资助资助项目(51579242)；大学科研资助项目(425517k143)作者简介：刘勇(1963一)，男，博士，教授，研究方向为工程力学。第39卷刘勇，等：船体结构腐蚀凹坑焊补修复技术研究·23·j警警lI凑缓缓戮

8、

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13、Fig．1Schematicdiagramofdefectsizeandshape2计算数学模型2．1焊接温度场计算

14、模型对于三维焊接热传导模型，传导方程为