不同焊接顺序下加筋板变形和残余应力的三维有限元研究

发布时间：2021-08-28 02:48

　　针对焊接过程的二维有限元计算与实际情况存在一定差别的问题,采用三维热弹-塑性有限元法对不同焊接顺序下加筋板的焊接过程进行仿真,得到加筋板焊接引起的温度场、位移场和应力场。结果表明:在4点约束条件下,加筋板横截面的变形为中垂变形,纵筋的变形为中拱变形,方案1的横截面变形更小,方案2的纵筋变形更小。焊接引起的加筋板残余应力主要表现为横向应力,其中:在近焊缝区表现为拉应力,达到材料屈服强度;在远离焊缝区表现为压应力,达到0.2倍材料屈服强度。加强筋的横向应力峰值出现在起弧端和收弧端,约为0.85倍材料屈服强度;纵向应力峰值出现在焊接起弧端,约为0.30倍材料屈服强度。在加筋板横截面位置,焊接顺序主要影响加强筋处的残余应力;在加强筋位置,焊接顺序主要影响纵向应力。每组焊缝同时同向焊接,且每根纵向加强筋从左向右依次焊接的焊接方案相比其他方案产生的残余应力更小。 

【文章来源】：船舶工程. 2020,42(04)北大核心CSCD

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

加筋板详细尺寸（单位：mm)

结构焊缝位置示意

采用MSC.Marc软件进行加筋板结构建模，单元类型为C3D8R(8节点缩减积分沙漏控制线性单元），整个模型的网格数为9 506个。由于结构热影响区的温度梯度与其他区域不同，在建模中采用不均匀网格。为保证热流精度并得到理想的温度分布，在焊缝区域采用细化网格。网格尺寸自离开焊缝区域开始逐渐增大。整个模型的网格划分见图3。分析中所用钢材料的属性是与温度相关的，包括热传导系数、比热容、热膨胀系数、杨氏模量和屈服强度（见图4），会影响热学和力学仿真结果。在制造过程中不对结构加任何固定装置，力学边界条件见图3，其中：Uxyz为约束x方向、y方向和z方向的位移；Uy为约束y方向的位移；Uxy为约束x方向和y方向的位移。模型中不考虑重力载荷。图4 材料属性

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：3367633