T型接头焊接残余应力数值模拟及强度分析

发布时间：2017-03-26 09:16

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【摘要】： 在船舶建造和修理过程中,T型接头焊接结构件大量运用于制造和修建的各个工序中,其焊接残余应力的存在,会直接影响到船体钢结构的强度和承载能力。由于现阶段控制和消除残余应力能力还不够成熟,很多方法只能很小部分的控制和消除残余应力,因此残余应力大量的留在T型接头焊接结构件上。为了保证船体焊接结构的安全可靠性,使船舶检验单位在进行强度校核时重视和考虑焊接残余应力对船体结构强度的影响,准确的推断焊接过程中的力学行为和残余应力以及研究残余应力和外载荷的叠加效果是十分重要的课题。本文在前人研究的基础上,利用计算机数值模拟技术,主要是通过ANSYS数值模拟软件,对以下内容进行了研究: 1、建立T型接头埋弧焊焊接残余应力的数值计算模型,确定边界条件和材料的热弹塑性性能,相比文献8、9和11,解决焊接过程中焊料的生死单元填充、相变潜热、对流系数的加载以及热源输入有效功率系数的确定等关键问题; 2、以厚度12mm的20#钢板T型接头埋弧焊为例,计算焊接温度场的分布规律,并以此为基础计算焊后残余应力的分布规律; 3、以焊后残余应力的计算结果为基础,进行外载荷下强度校核对比分析(有无残余应力存在),比较两种情况下强度校核分析的结果,考察残余应力对焊接构件承载能力的影响。
【关键词】：数值模拟 焊接残余应力 结构强度校核
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：U671.84
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 论文研究背景和意义8
• 1.2 焊接残余应力概念、产生原因及主要影响因素8-9
• 1.3 焊接残余应力数值模拟在国内外研究和发展状况9-11
• 1.4 本文主要研究内容11-12
• 2 焊接过程有限元分析理论基础12-25
• 2.1 有限元分析方法简介12-13
• 2.2 变分原理13-16
• 2.2.1 泛函的极值14-15
• 2.2.2 一维问题的欧拉方程15-16
• 2.2.3 二维问题的欧拉方程16
• 2.3 焊接热过程有限元分析的基本方程16-20
• 2.3.1 焊接有限元模型简化16-17
• 2.3.2 焊接热传导基本方程17-18
• 2.3.3 非线性瞬态热传导的问题18-20
• 2.4 焊接应力场分析的基本理论20-25
• 2.4.1 焊接残余应力和变形基本理论20-22
• 2.4.2 热弹塑性基本理论22-25
• 3 ANSYS热分析概述25-29
• 3.1 焊接温度场的模拟计算25-27
• 3.1.1 前处理25-26
• 3.1.2 载荷加载和求解26-27
• 3.1.3 后处理27
• 3.2 焊接应力场模拟计算27-29
• 3.2.1 焊接应力场的ANSYS求解27
• 3.2.2 边界条件和载荷施加27-28
• 3.2.3 后处理28-29
• 4 基于ANSYS的12mm板厚T型多道焊残余应力数值模拟计算29-54
• 4.1 建立有限元模型29-32
• 4.1.1 焊接模型的简化29-30
• 4.1.2 单元类型的选择和网格划分30-32
• 4.2 T型焊温度场分析32-40
• 4.2.1 材料热物理参数32-34
• 4.2.2 焊接热输入、边界条件、焊料填充及求解34-36
• 4.2.3 分析结果36-40
• 4.3 T型焊应力场分析40-52
• 4.3.1 材料热力学参数40-41
• 4.3.2 载荷的加载、熔池零应力及边界条件处理41
• 4.3.3 求解41-42
• 4.3.4 T型焊应力场结果分析及与相关文献对比42-52
• 4.4 本章小结52-54
• 5 含残余应力 T型焊接结构件外载荷作用下的强度分析54-64
• 5.1 无残余应力参与下 T型构件强度分析54-57
• 5.1.1 模型的建立54-56
• 5.1.2 弯矩作用下的强度分析结果56-57
• 5.2 残余应力参与下的T型构件强度分析57-60
• 5.2.1 模型的建立57-58
• 5.2.2 残余应力和弯矩作用下的强度分析58-60
• 5.3 两种情况(有无残余应力)下的强度结果对比60
• 5.4 残余应力在外载荷作用下的重新分布60-63
• 5.5 本章小结63-64
• 6 焊接构件中残余应力的控制和和消除方法简介64-66
• 6.1 关于焊接构件中内部残余应力消除方法的简介64-65
• 6.2 焊接残余应力控制65-66
• 结论66-67
• 展望67-68
• 参考文献68-70
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况70-71
• 致谢71-72

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 廖孟安;荣冉升;;焊接结构和顺序对焊接残余应力影响研究[J];热加工工艺;2012年01期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 贾栗;工字钢—端板组焊结构焊接残余应力有限元分析[D];山东大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 安少鹏;基于船舶结构安全的工艺残余应力研究[D];大连理工大学;2010年

2 黄浩;基于数值模拟与实验的平板氧气切割残余应力研究[D];大连理工大学;2010年

3 李婧;大型船体焊接变形仿真技术研究及其应用[D];上海交通大学;2011年

4 乔向南;盾构机刀盘典型部位焊接过程的数值模拟与研究[D];郑州大学;2012年

5 付国贤;低温作业条件下超厚钢板的焊接技术研究[D];青岛理工大学;2012年

6 沈杰;残余应力对舰船纵骨在不同对接工艺下极限强度的影响研究[D];江苏科技大学;2012年

7 邹修兴;正交异性钢桥面焊接应力数值模拟[D];西南交通大学;2012年

8 裴晓梅;交变载荷下焊接残余应力衰减规律研究[D];大连理工大学;2013年

9 张涛;一种新型可导向防撞垫的抗撞性能研究[D];华南理工大学;2013年

10 朱平;基于固有应变法预测转向架焊接变形的研究[D];天津大学;2012年

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本文编号：268598