薄板船体结构焊接失稳变形的数值分析进展.pdf

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1、2017年第2期总第336期造船技术MARINETECHNoLOGYNO．2Apr．，2017文章编号：1000—3878(2017)02—0073—06薄板船体结构焊接失稳变形的数值分析进展王江超(华中科技大学船舶与海洋工程学院，湖北武汉430074)摘要回顾总结数值分析在角接焊接头以及船体典型焊接结构失稳变形研究中的应用，主要阐述薄板焊接失稳变形的复杂多样性以及焊接失稳变形的形成机理。着重介绍研究失稳现象的数学理论基础。概述"-3前使用热弹塑性有限元法、弹性有限元法和特征值法等数值分析方法研究焊接失稳变形的现状及进展。关键词薄板船体结构；

2、焊接失稳；数值分析；大变形理论；特征值分析中图分类号TG404文献标志码AProgressofNumericalAnalysisonWeldingBucklingofThinPlateShipStructuresWANGJiangchao(SchoolofNavalArchitectureandOceanEngineering，HuazhongUniversityofScienceandTechnology，Wuhan430074，Hubei，China)AbstractThenumericalanalysisonweldingbucklin

3、goffilletweldedjoints，thinplateshipstructureswesreviewed．Thetargetistodiscussthevarietycharacteristicsofweldingbuckling，andclarifyitsgenerationmechanism．Largedeformationtheory8Smathematicalfundamentisintroduced．Thepresentsituationanddevelopmentofthenumericalanalysismethods，

4、suchastransientthermal—elastic—plasticFEanalysis，elasticFEanalysisandeigen—valueanalysis，topredictweldingbucklingmodeareintroduced．Keywordsthinplateshipstructure；weldingbuckling；FEanalysis；largedeformationtheory；eigenvalueanalysis0引言采用高强钢薄板设计来减轻船体结构自身重量是解决当前船舶运营所面临的降低能耗、减少排

5、放、保护环境以及提高运载量等问题的一种有效措施。目前，结构轻量已成为高新船舶及海洋开发装备生产中一种应用极为广泛的先进制造技术。高强钢薄板可在实现轻量化的同时，完全满足船舶及海洋结构物的强度要求。但薄板结构因板材厚度减少其保持稳定性的能力显著降低，因此，在焊接制造过程作者简介：王江超(1983一)，男，工学博士，副教授，博士生导师，研究领域为船舶与海洋结构物设计制造中，薄板船体结构会因焊缝处产生的纵向收缩力而发生失稳并导致产生失稳变形，从而大幅降低建造精度。焊接失稳变形是一种不同于常见焊接变形的变形模式，通常会呈现出多种不同形式的面外变形分布

6、[1

7、。它会大幅降低薄板船体结构的制造尺寸精度。同时，因其不稳定的特性，在后期的矫正过程中，不仅增加制造成本、延长工时，而且很难完全消除口]。因此，须通过计算并预测出产生焊接失稳变形的临界条件，改变并控制实际的焊接制造过程，以得到尽可fil94,的引起焊接失稳的驱动力，避免其接近失稳临界条件，从而预防焊接失稳变形的发生，保造船技术2017年第2期(总第336期)证建造精度。当前，对薄板结构焊接失稳变形的研究主要集中在使用数值分析的方法再现失稳现象，并预测焊接失稳变形的分布趋势及失稳模态。同时，分析影响焊接失稳变形产生的各个因素，解释其产生机理

8、，也是重要的研究内容之一。1典型船体结构焊接失稳变形及特征薄板船体结构，常常使用角焊完成筋板与底板的连接，以增加其刚度和稳定性。一般而言，T型接头及其焊接结构在焊缝收缩的作用下失去稳定性，将会表现出多种与初始状态完全不同的结构形态。因此，焊接失稳变形不同于其他焊接变形类型，它没有简明的变形形式，很难判断。船体结构受结构自身设计及刚度的影响，焊接失稳变形是一种局部波浪式或整体扭转式变形，且变形量相对较大[1]。在简单的薄板堆焊以及对接接头中，焊接失稳变形呈现出“马鞍形(Saddle)”的模态[3]。对于T型角焊接头，焊接失稳变形则可能以多种形式

9、呈现(见图1)，包括产生整体的“扭转(Twist)”变形以及形式更加复杂的复合失稳变形模式。横竖交错的船体加筋板焊接结构，也可能因其结构设计、尺寸材质以及焊接过程不