船体梁结构低应力无变形焊接技术研究
发布时间：2021-07-11 07:51
梁结构的应用是提高整体结构强度、提高性能、增加承载能力的重要途径,并且梁结构在船舶、桥梁、建筑等行业起着尤为重要的作用。焊接是梁结构加工的主要方式,焊接过程必然伴随着焊接残余应力和变形的产生,焊接应力变形既是形成各种焊接缺陷的重要因素,又是造成焊接热应变脆化的根源,直接影响着梁结构的制造质量和使用性能。因此,正确理解焊接应力变形的形成机理、作用与影响,掌握控制和调整焊接应力与变形的方法,对于提高梁结构的制造质量和服役性能具有非常重要的意义。本研究以Q345钢T型梁结构为研究对象,基于热弹塑性力学理论,采用数值模拟的方法对常规焊接和低应力无变形焊接两种情况进行机理研究和分析。为改善优化当前的焊接加工工艺,实现梁结构的焊接低应力无变形提供理论依据和基础。本论文的具体研究内容如下:（1）采用ANSYS有限元计算软件,建立适用于T型梁结构的双向两道焊接过程的三维有限元模型,计算并获得T型梁结构在常规焊接过程中的温度场和热弹塑性应力应变场的分布变化规律。（2）在低应力无变形焊接模拟过程中,由于紧随热源的热沉产生急冷作用,焊件结构的温度场相较于常规焊接过程会发生畸变,热源中心之后的温度会有一个骤降...
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：99 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 焊接数值模拟的国内外研究现状
1.2.1 温度场的数值模拟发展及现状
1.2.2 应力应变场的数值模拟发展及现状
1.3 焊接应力变形控制方法及研究现状
1.3.1 焊前预变形
1.3.2 焊后滚压变形
1.3.3 低应力无变形焊接法
1.4 动态控制低应力无变形焊接法
1.5 主要研究内容及创新点
第2章 焊接过程有限元分析的理论基础
2.1 前言
2.2 关于温度场有限元分析的理论基础
2.2.1 数学模型
2.2.2 非线性热传导分析的收敛性判定
2.3 热弹塑性有限元分析理论基础
2.3.1 热弹塑性理论的增量本构关系
2.3.2 单元刚度矩阵及等效节点载荷的形成
2.4 焊接应力应变有限元分析理论基础
2.5 有限元计算的基本方法和步骤
2.5.1 温度场分析
2.5.2 应力分析
2.6 本章小结
第3章 船体梁结构有限元数值模型的建立
3.1 前言
3.2 ANSYS热分析
3.2.1 传热方式
3.2.2 热载荷形式
3.2.3 焊接热应力分析
3.3 焊接温度场模拟
3.3.1 几何模型的建立
3.3.2 单元类型的选择
3.3.3 焊接材料属性
3.3.4 有限元网格及边界条件
3.3.5 焊接热源施加
3.3.6 分析选项和求解
3.4 应力应变场模拟
3.4.1 材料属性
3.4.2 定义边界条件和施加载荷
3.5 本章小结
第4章 船体梁结构常规焊接过程数值模拟
4.1 前言
4.2 焊接温度场的计算及结果分析
4.3 焊接应力场的计算及结果分析
4.4 焊接变形结果分析
4.5 本章小结
第5章 船体梁结构低应力无变形焊接过程数值模拟
5.1 前言
5.2 低应力无变形焊接温度场计算结果及讨论
5.3 低应力无变形焊接应力场计算结果及讨论
5.4 低应力无变形焊接变形结果分析
5.5 本章小结
第6章 低应力无变形焊接热沉参数对焊接过程的影响
6.1 前言
6.2 热源与热沉之间的距离对焊接结果的影响
6.2.1 热源与热沉的距离对焊件温度场的影响
6.2.2 热源与热沉的距离对焊件应力应变场的影响
6.2.3 热源与热沉的距离对焊件结构变形的影响
6.3 热沉的冷却强度对焊接结果的影响
6.3.1 热沉的冷却强度对焊件温度场的影响
6.3.2 热沉的冷却强度对焊件应力应变场的影响
6.3.3 热沉的冷却强度对焊件结构变形的影响
6.4 本章小结
结论与展望
工作总结
工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶钢结构焊接中常见病害成因及控制对策分析[J]. 魏崇珍. 江苏科技信息. 2018(04)
[2]低碳钢薄板单道堆焊焊接变形的数值模拟[J]. 周一俊,邓德安,冯可,毕涛. 焊接学报. 2013(12)
[3]船体结构焊接变形预测与控制技术研究进展[J]. 徐东,杨润党,王文荣,金烨. 舰船科学技术. 2010(01)
[4]固定电弧等离子弧焊接热传导的数值计算[J]. 董红刚,高洪明,吴林. 焊接学报. 2002(04)
[5]网格尺寸对别克轿车副车架总成焊接变形预测精度的影响[J]. 陈俊梅,陆皓,汪建华,陈卫新,郝达军. 焊接学报. 2002(02)
[6]大型电机转子焊接残余应力的数值分析[J]. 任维佳,吴爱萍,赵海燕,邹贵生. 焊接学报. 2002(02)
[7]低碳钢管道焊接残余应力有限元分析[J]. 董俊慧,霍立兴,张玉凤. 焊接. 2000(12)
[8]焊接过程仿真领域的若干关键技术问题及其初步研究[J]. 鹿安理,史清宇,赵海燕,吴爱萍,蔡志鹏,王鹏. 中国机械工程. 2000(Z1)
[9]不锈钢焊接凝固裂纹温度场的数值模拟[J]. 魏艳红,刘仁培,董祖珏. 焊接学报. 1999(03)
[10]随焊激冷减小铝合金薄板的焊接变形[J]. 郭绍庆,田锡唐,徐文立. 焊接. 1998(09)
博士论文
[1]大型复杂船体结构焊接变形分析方法的研究及应用[D]. 王阳.上海交通大学 2015
[2]机车构架侧梁焊接数值仿真与变形控制[D]. 赵利华.西南交通大学 2012
[3]焊接变形预测与控制的数值方法研究及工程应用[D]. 李娅娜.大连交通大学 2010
[4]钛合金低应力无变形焊接过程机理研究[D]. 李菊.北京工业大学 2004
硕士论文
[1]TC4钛合金薄壁件激光焊接数值模拟研究[D]. 胡宝.天津大学 2014
[2]基于ANSYS的焊接梁残余应力分析[D]. 冯艳辉.西安建筑科技大学 2008
本文编号：3277669
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【学位级别】：硕士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景及意义
1.2 焊接数值模拟的国内外研究现状
1.2.1 温度场的数值模拟发展及现状
1.2.2 应力应变场的数值模拟发展及现状
1.3 焊接应力变形控制方法及研究现状
1.3.1 焊前预变形
1.3.2 焊后滚压变形
1.3.3 低应力无变形焊接法
1.4 动态控制低应力无变形焊接法
1.5 主要研究内容及创新点
第2章 焊接过程有限元分析的理论基础
2.1 前言
2.2 关于温度场有限元分析的理论基础
2.2.1 数学模型
2.2.2 非线性热传导分析的收敛性判定
2.3 热弹塑性有限元分析理论基础
2.3.1 热弹塑性理论的增量本构关系
2.3.2 单元刚度矩阵及等效节点载荷的形成
2.4 焊接应力应变有限元分析理论基础
2.5 有限元计算的基本方法和步骤
2.5.1 温度场分析
2.5.2 应力分析
2.6 本章小结
第3章 船体梁结构有限元数值模型的建立
3.1 前言
3.2 ANSYS热分析
3.2.1 传热方式
3.2.2 热载荷形式
3.2.3 焊接热应力分析
3.3 焊接温度场模拟
3.3.1 几何模型的建立
3.3.2 单元类型的选择
3.3.3 焊接材料属性
3.3.4 有限元网格及边界条件
3.3.5 焊接热源施加
3.3.6 分析选项和求解
3.4 应力应变场模拟
3.4.1 材料属性
3.4.2 定义边界条件和施加载荷
3.5 本章小结
第4章 船体梁结构常规焊接过程数值模拟
4.1 前言
4.2 焊接温度场的计算及结果分析
4.3 焊接应力场的计算及结果分析
4.4 焊接变形结果分析
4.5 本章小结
第5章 船体梁结构低应力无变形焊接过程数值模拟
5.1 前言
5.2 低应力无变形焊接温度场计算结果及讨论
5.3 低应力无变形焊接应力场计算结果及讨论
5.4 低应力无变形焊接变形结果分析
5.5 本章小结
第6章 低应力无变形焊接热沉参数对焊接过程的影响
6.1 前言
6.2 热源与热沉之间的距离对焊接结果的影响
6.2.1 热源与热沉的距离对焊件温度场的影响
6.2.2 热源与热沉的距离对焊件应力应变场的影响
6.2.3 热源与热沉的距离对焊件结构变形的影响
6.3 热沉的冷却强度对焊接结果的影响
6.3.1 热沉的冷却强度对焊件温度场的影响
6.3.2 热沉的冷却强度对焊件应力应变场的影响
6.3.3 热沉的冷却强度对焊件结构变形的影响
6.4 本章小结
结论与展望
工作总结
工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间所发表的论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]船舶钢结构焊接中常见病害成因及控制对策分析[J]. 魏崇珍. 江苏科技信息. 2018(04)
[2]低碳钢薄板单道堆焊焊接变形的数值模拟[J]. 周一俊,邓德安,冯可,毕涛. 焊接学报. 2013(12)
[3]船体结构焊接变形预测与控制技术研究进展[J]. 徐东,杨润党,王文荣,金烨. 舰船科学技术. 2010(01)
[4]固定电弧等离子弧焊接热传导的数值计算[J]. 董红刚,高洪明,吴林. 焊接学报. 2002(04)
[5]网格尺寸对别克轿车副车架总成焊接变形预测精度的影响[J]. 陈俊梅,陆皓,汪建华,陈卫新,郝达军. 焊接学报. 2002(02)
[6]大型电机转子焊接残余应力的数值分析[J]. 任维佳,吴爱萍,赵海燕,邹贵生. 焊接学报. 2002(02)
[7]低碳钢管道焊接残余应力有限元分析[J]. 董俊慧,霍立兴,张玉凤. 焊接. 2000(12)
[8]焊接过程仿真领域的若干关键技术问题及其初步研究[J]. 鹿安理,史清宇,赵海燕,吴爱萍,蔡志鹏,王鹏. 中国机械工程. 2000(Z1)
[9]不锈钢焊接凝固裂纹温度场的数值模拟[J]. 魏艳红,刘仁培,董祖珏. 焊接学报. 1999(03)
[10]随焊激冷减小铝合金薄板的焊接变形[J]. 郭绍庆,田锡唐,徐文立. 焊接. 1998(09)
博士论文
[1]大型复杂船体结构焊接变形分析方法的研究及应用[D]. 王阳.上海交通大学 2015
[2]机车构架侧梁焊接数值仿真与变形控制[D]. 赵利华.西南交通大学 2012
[3]焊接变形预测与控制的数值方法研究及工程应用[D]. 李娅娜.大连交通大学 2010
[4]钛合金低应力无变形焊接过程机理研究[D]. 李菊.北京工业大学 2004
硕士论文
[1]TC4钛合金薄壁件激光焊接数值模拟研究[D]. 胡宝.天津大学 2014
[2]基于ANSYS的焊接梁残余应力分析[D]. 冯艳辉.西安建筑科技大学 2008
本文编号：3277669
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