船舶典型结构焊接残余应力的有限元分析.pdf

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1、第23卷第4期(总第136期)船舶V01．23No．42012年8月SHIP＆B0ATAugust，2012[船舶结构]船舶典型结构焊接残余应力的有限元分析李永正沈杰窦培林(江苏科技大学船舶与海洋工程学院镇江212003)[摘要】在船舶建造中，会有大量的纵骨对接焊缝，存在复杂的焊接残余应力，对结构的极限强度及疲劳寿命有一定影响。该文运用有限元软件ANSYS的APDL语言编写出相应的计算程序，对平板对接焊进行数值模拟，并与试验值进行对比分析。在此基础上，对船舶典型纵骨对接焊进行数值模拟分析，得到相应的残

2、余应力的分布规律。【关键词】纵骨对接；对接焊缝；残余应力；数值模拟[中图分类号]U674．81[文献标志码]A[文章编号]1001—9855(2012)04-0054—06FEAforweldingresidualstressoftypicalshipstructureLIYong——zhengSHENJieD0UPei——lin(SchoolofNavalArchitectureandOceanEngineering，JiangsuUniversityofScienceandTechnology，Z

3、henjiang212003，China)Abstract：Duringshipconstruction，therearemanybutt-weldingseanlwithcomplexresidualstress，whichimpactonthestrengthandfatiguelifeofshipstructure．ThispaperdevelopsthecorrespondingcalculationprogrambyAPDLofANSYSwhichisbasedonFEM．Numerical

4、simulationsoftheplatebutt-weldingiscomparedandanalyzedwiththeexperimentalresults．Basedonthis，thebutt-weldingofthetypicalshiplongitudinalisnumericallysimulatedtogetthedistributionofthecorespondingresidualstress．Keywords：longitudinaljointing；butt-weldings

5、eam；residualstress；numericalsimulation船厂各部门还没有对船体焊接构件进行残余应力大0引言小的测量。随着计算机性能的提高和数值计算方法的进步，可通过有限元方法对整个焊接过程进行数在船舶建造过程中，从零部件的装焊到分段的值模拟计算．并通过验证试验来证明数值模拟的准装配，直至总段合拢的过程中，存在大量纵骨和外板确性与适用性[2-5]，不必进行大量试验，就可得到焊的对接焊缝。这些对接焊缝使结构中存在复杂接过程中残余应力的大小及分布规律。为结构强度的焊接残余应力，对结构的性

6、能有较大影响[1]，使结的计算提供研究依据。构强度和韧性下降，并能导致焊接部位产生应力腐蚀开裂；此外，焊接中产生的焊接残余变形也会很大1焊接数值模拟程度影响船舶制造的精度控制。从而影响船舶建造的质量。焊接过程包括焊接时的传热过程、金属的熔由于焊接残余应力测量复杂、费时费力，现阶段化和凝固、金属的相变问题、焊接残余应力与变形【收稿日期】2012-01—04；【修回日期】2012-02—17[作者简介]李永正(1980一)，男，汉族，博士，讲师，研究方向：船舶结构力学。沈杰(1987一)，男，汉族，硕士，

7、研究方向：船舶与海洋结构物先进制造。窦培林(1964一)，男，汉族，硕士，教授，研究方向：船舶与海洋结构物先进制造。李永正。等：船舶典型结构焊接残余应力的有限元分析等]．根据焊接工艺的特点可以将焊接问题分解为温度场、应力应变场以及显微组织状态场，这种分解2平板对接焊数值模拟及试验研究对焊接残余应力和焊接变形的数值分析简化处理特别关键。2．1焊接模拟时基本假设1．1焊接温度场由于焊接过程的随机性与复杂性，在数值模拟非线性三维瞬态瞬态温度场控制方程：此过程时，只考虑焊接温度场对应力场的影响，并作出如下假设

8、：=軎IA)+軎等)+軎(A)+(1)材料各向同性，随温度变化而变化；(1)(2)忽略熔池流动的作用；式中：为温度场分布函数；(3)焊接单元的温度为焊喉的温度，设置为P为材料密度：1300℃：A为导热系数；(4)焊接环境初始温度设为25℃；Q为内热源，表示单位体积消耗的热能；(5)构件焊缝区域只接受熔池区域的热传导作C为质量比热容：用，忽略其他次要因素。为体积比热容。2．2有限元模型及工艺参数焊接温度场换热边界条件：模型选择厚度为8mm的两块平板，模型具