某滚装船薄板结构变形研究

发布时间：2017-10-05 11:06

  本文关键词：某滚装船薄板结构变形研究

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【摘要】：薄板具有重量轻、易加工、易成型和连接方便等诸多优点,能够满足节约材料、减轻自重、降低燃料消耗的要求,在现代造船工艺中的应用日益广泛,汽车滚装船、舰艇、船舶的上层建筑等大量使用了薄板结构。但薄板结构稳性差、易变形的特点给船舶建造过程带来了诸多问题,不仅影响船舶外观尺寸、降低建造精度,而且减小结构局部强度和稳定性,存在安全隐患。船舶薄板变形分为焊接变形和非焊接变形两种形式,焊接变形问题影响因素众多较难控制,非焊接变形主要在薄板结构吊运、翻身过程产生。焊接顺序是影响焊接变形的关键因素之一,对于焊接顺序的选择,大部分船厂主要根据经验,缺乏必要理论指导。本文以在建汽车滚装船的两个薄板构件作为研究对象,利用数值模拟方法研究不同焊接顺序下角焊缝和对接焊缝的变形情况。根据两构件在实际焊接时常用的焊接顺序,为每个模型设定了四个焊接顺序,利用ANSYS软件建立有限元模型并使用APDL编写热源加载命令流来模拟不同顺序下的焊接过程。在模拟焊缝的生成过程时使用生死单元法模拟焊缝,分析前先将焊缝单元杀死,焊接过程中随着热源的移动逐渐激活焊缝单元。先对有限元模型进行热力学分析得出每个加载时刻以及冷却后的温度场,然后再进行结构分析,使用APDL编写热载荷读取命令流,读取每个热源加载时刻焊件上温度载荷,进行结构分析,得出每个热源加载时刻和冷却后的应力场、合位移场,根据计算结果可以直观地观察到薄板结构在不同焊接顺序下的变形情况,从而辨别出最佳焊接顺序。论文分阶段论述了控制薄板结构焊接变形的措施,控制焊接变形的措施一般可以分:焊前措施、焊接过程中措施和焊接后的措施,每个建造阶段薄板结构变形的控制质量直接影响后续制造阶段,所以每个建造阶段都要制定控制焊接变形的工艺措施,并把变形量控制到精度范围内才能进入下一个建造流程。薄板结构的非焊接变形主要产生于吊运和翻身阶段。吊环规格、吊环数量以及安装位置三个因素对非焊接变形产生显著影响,对这三个影响因素进行优化并选择合适的吊运翻身方式以及薄板结构进行局部加强可有效控制非焊接变形大小。通过研究分析,文章确定了两个典型薄板构件的最佳焊接顺序,论述了非焊接变形的因素,介绍了控制薄板结构变形的工艺措施。
【关键词】：薄板变形 焊接顺序 焊接变形 非焊接变形 Newton-Raphson有限元
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U661.4;U674.135
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 选题背景及意义10-12
• 1.2 研究现状12-15
• 1.2.1 薄板结构焊接变形的研究现状12-14
• 1.2.2 薄板结构非焊接变形的研究现状14-15
• 1.3 论文的研究内容15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 第2章 数值模拟在焊接分析中的应用17-31
• 2.1 基本理论17-19
• 2.1.1 温度场基本理论17-18
• 2.1.2 焊接应力场理论18-19
• 2.2 焊接过程的有限元分析19-23
• 2.2.1 热分析有限元法19-21
• 2.2.2 结构非线性分析有限元法21-23
• 2.3 有限元法分析焊接时的关键23-24
• 2.3.1 生死单元23
• 2.3.2 ANSYS软件耦合场分析23-24
• 2.3.3 相变问题的处理24
• 2.4 有限元法分析不同焊接顺序下焊接变形情况24-30
• 2.4.1 建立典型的分析模型24-26
• 2.4.2 移动热源的加载26-27
• 2.4.3 热源的选择27-28
• 2.4.4 单元的选择28
• 2.4.5 约束条件28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 第3章 T型构件两条角焊缝焊接顺序研究31-44
• 3.1 有限元分析的参数设置32-34
• 3.1.1 模型的几何参数及焊接参数32
• 3.1.2 材料的热物理性能32-34
• 3.2 模型的网格划分及求解设置34-38
• 3.2.1 模型的网格划分34-35
• 3.2.2 热分析中的相关设置35-36
• 3.2.3 应力应变求解过程中的相关设置36-37
• 3.2.4 边界条件37
• 3.2.5 生死单元的设置37-38
• 3.3 不同焊接顺序下移动热源的加载过程38-39
• 3.4 结果分析39-43
• 3.4.1 温度场分析39-41
• 3.4.2 残余应力场分析41-42
• 3.4.3 合位移分析42-43
• 3.5 本章小结43-44
• 第4章 片体结构三条对接焊缝焊接顺序研究44-54
• 4.1 有限元分析的参数设置45-46
• 4.2 模型的网格划分与求解设置46-48
• 4.2.1 网格划分46-47
• 4.2.2 边界条件47
• 4.2.3 生死单元的设置47-48
• 4.3 模拟不同焊接顺序下的焊缝焊接过程48-49
• 4.4 结果分析49-53
• 4.4.1 温度场分析49-50
• 4.4.2 残余应力场分析50-52
• 4.4.3 合位移场分析52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第5章 非焊接因素对薄板变形的影响54-59
• 5.1 吊运和翻身方式54-55
• 5.2 吊环的布置要求55-58
• 5.2.1 吊环的规格、数量及安装位置的确定55-56
• 5.2.2 上层建筑整体吊装实例分析56-58
• 5.3 本章小结58-59
• 第6章 薄板结构变形的控制措施59-68
• 6.1 焊接变形的控制措施59-66
• 6.1.1 拼板阶段60-62
• 6.1.2 小组立控制变形的工艺措施62-63
• 6.1.3 大组立焊接及火工处理63-66
• 6.2 非焊接变形的控制措施66
• 6.3 本章小结66-68
• 第7章 结论与展望68-70
• 7.1 全文总结68-69
• 7.2 研究展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-73
• 附录73-91
• 在学期间发表的学术论文91

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：976426