大型船体结构焊接变形热弹塑性有限元数值模拟方法研究

发布时间：2017-08-31 14:49

  本文关键词：大型船体结构焊接变形热弹塑性有限元数值模拟方法研究

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【摘要】：热弹塑性有限元方法作为一种精度高、结构适应性强的焊接数值模拟方法,被广泛应用于焊接接头和小型结构的焊接问题研究。但是该方法计算耗时长、运算规模大,难以应用于大型复杂结构的焊接模拟。本文针对焊接模拟热弹塑性有限元方法,提出了改进方法以提高计算效率,并实现了大型船体加筋板结构的焊接过程模拟,本文所做工作主要包括:(1)针对船体焊接中常见的T型接头形式,基于ABAQUS软件中具有截面积分特性的shell单元配合solid单元提出了shell/solid模型方法,有效的降低了建模复杂程度和求解自由度。通过对T型接头焊接变形和残余应力计算对比,验证了采用shell/solid模型模拟结构焊接过程的计算精度。(2)提出了焊接模拟瞬时移动热源的简化等效方法,将瞬时移动热源简化为分段移动热源:将焊缝划分为若干段,忽略各段内的热源移动效应,沿焊缝方向依次施加各段的段状热流密度。通过T型接头算例计算对比表明,通过合理划分分段数目,分段移动热源可以在保证相近的计算精度下,有效的降低计算耗时。(3)将shell/solid模型和分段移动热源应用于大型船体加筋板结构的焊接过程模拟,计算了焊接变形和残余应力,通过与实测值比较,验证了该方法的可行性和可靠性。
【关键词】：热弹塑性有限元方法 shell/solid模型 分段移动热源 大型船体结构 焊接变形与残余应力
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U671.8
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 焊接变形预测方法国内外研究现状10-14
• 1.2.1 理论及试验方法11
• 1.2.2 热弹塑性有限元方法11-13
• 1.2.3 固有应变方法13-14
• 1.3 船体结构焊接问题研究现状14-16
• 1.3.1 船体结构焊接变形和残余应力预测14-15
• 1.3.2 船舶焊接变形与残余应力控制方法15-16
• 1.3.3 船体结构焊接缺陷研究16
• 1.4 本课题主要研究内容16-18
• 第二章 焊接热弹塑性有限元理论18-31
• 2.1 焊接模拟热弹塑性有限元理论18-26
• 2.1.1 传热学理论18-19
• 2.1.2 温度场分析理论19-22
• 2.1.3 力学场分析理论22-26
• 2.2 焊接热源数学模型26-29
• 2.2.1 集中热源26
• 2.2.2 平面分布热源26-28
• 2.2.3 体积分布热源28-29
• 2.3 顺序耦合热弹塑性有限元分析29-30
• 2.4 本章小结30-31
• 第三章 基于Shell单元的T型接头焊接数值模拟31-54
• 3.1 概述31
• 3.2 基本原理31-35
• 3.2.1 Shell单元三维热传导原理33-34
• 3.2.2 线性约束方程34-35
• 3.3 T型接头有限元模型35-41
• 3.3.1 焊接试验35-37
• 3.3.2 有限元网格划分37-38
• 3.3.3 焊接热源38-39
• 3.3.4 材料物理性能39-40
• 3.3.5 边界条件40-41
• 3.4 计算结果分析与讨论41-52
• 3.4.1 温度场计算结果41-44
• 3.4.2 焊接变形计算结果44-46
• 3.4.3 残余应力和应变46-52
• 3.5 计算效率对比52-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第四章 焊接分段移动热源模型研究及应用54-70
• 4.1 概述54
• 4.2 焊接分段移动热源模型54-57
• 4.3 有限元数值模拟与验证57-68
• 4.3.1 有限元模型58-59
• 4.3.2 焊接热源和边界条件59-60
• 4.3.3 计算结果验证60-68
• 4.4 计算效率对比68-69
• 4.5 本章小结69-70
• 第五章 船体加筋板结构焊接热弹塑性有限元模拟70-90
• 5.1 概述70
• 5.2 计算方法介绍70-73
• 5.2.1 结构特点70-71
• 5.2.2 计算流程71-73
• 5.3 计算模型73-75
• 5.3.1 局部结构计算模型73
• 5.3.2 整体加筋板结构计算模型73-74
• 5.3.3 材料特性、热源和边界条件74-75
• 5.4 局部结构计算结果75-80
• 5.4.1 温度场计算结果75-77
• 5.4.2 力学场计算结果77-80
• 5.5 船体加筋板结构计算结果80-89
• 5.5.1 温度场计算结果80-82
• 5.5.2 焊接变形计算结果82-85
• 5.5.3 残余应力计算结果85-89
• 5.6 本章小结89-90
• 第六章 总结与展望90-92
• 参考文献92-99
• 致谢99-101
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文101-103

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1 侯志刚,马W，

本文编号：766227