船舶曲面焊接残余应力与变形有限元分析

论文摘要

由于船体曲板焊接的复杂性,曲板焊接残余应力和变形的分析一直是焊接方面预测的难点。并且在船舶的建造过程中,也不能很好地对焊接曲板产生的残余变形进行很好的矫正。因此研究船体曲板焊接残余应力和变形对提高船舶焊接的变形质量和效率有很好的研究价值。本人在前人研究的基础上,通过理论分析、有限元模拟等方法,对以下内容进行了研究:实现焊接过程中数值模拟计算的相关问题,如焊接热源的选择、计算方法的选择等。通过有限元方法对船舶曲板的三维温度场进行模拟分析,得到其热源移动过程中温度场分布以及应力场,从而分析焊接残余应力分布的规律。通过有限元ANSYS分析得到数据结果与试验测量的数据结果相比较,得到计算结果和试验结果数值基本相吻合。通过研究和实例验证,本文建立了可行的舷弧曲板焊缝(V型坡口)的三维温度场、残余应力的瞬态模拟分析方法,进行了复杂船舶曲面焊接结构进行三维焊接温度场、残余应力的分析估算,分析结果与实验结果较吻合,促进了有限元分析方法在焊接力学分析以及在实际工程中的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 焊接残余应力和变形文献综述
• 1.2.1 焊接残余应力和变形的概念
• 1.2.2 焊接残余应力和应变产生的原因
• 1.2.3 影响焊接残余应力和变形产生的主要因素
• 1.2.4 焊接残余应力和变形对焊接结构的影响
• 1.3 焊接残余应力和变形的研究方法
• 1.3.1 实验法
• 1.3.2 解析法
• 1.3.3 等效载荷法
• 1.3.4 数值分析法
• 1.4 本文的主要研究内容
• 1.5 本文结构
• 第2章 热传导过程有限单元分析的基本原理
• 2.1 有限元分析方法简介
• 2.2 焊接热过程有限元分析的特点
• 2.2.1 焊接有限元模型的简化
• 2.3 热传导问题的基本方程
• 2.3.1 焊接传热的基本形式
• 2.3.2 有限元基本方程
• 2.3.3 非线性瞬态温度场的有限元分析
• 2.4 焊接残余应力和变形的分析理论
• 2.4.1 屈服准则
• 2.4.2 流动准则
• 2.4.3 强化准则
• 2.5 焊接热弹性-塑性分析理论
• 2.5.1 热弹性—塑性分析的特点
• 2.5.2 应力和应变的关系
• 2.5.3 平衡方程
• 2.5.4 求解平衡方程
• 第3章 基于ANSYS的焊接数值计算过程
• 3.1 基于ANSYS的热分析概述
• 3.2 ANSYS软件焊接模拟过程
• 3.2.1 有限元法模型的建立
• 3.2.2 载荷的施加和求解
• 3.2.3 后处理
• 第4章 船舶曲板残余应力及变形分析实例
• 4.1 研究对象
• 4.2 焊接温度场的计算
• 4.2.1 有限元模型的建立
• 4.2.2 加载计算
• 4.2.3 载荷步,子步,平衡迭代基本概念
• 4.3 船舶曲面焊接的仿真结果
• 4.3.1 焊接过程温度分布
• 4.3.2 焊接残余变形仿真结果
• 4.3.3 曲面焊接残余应力仿真结果分析
• 第5章 残余应力数值验证及控制消除研究
• 5.1 试验测量方法
• 5.1.1 X射线测试原理
• 5.1.2 测试仪器及主要参数
• 5.1.3 试验测量过程
• 5.1.4 焊接板表面测试
• 5.2 计算结果与试验测量的比较分析
• 5.3 焊接残余应力的消除研究
• 5.3.1 焊后热处理
• 5.3.2 过载处理
• 5.3.3 振动法调整残余应力处理
• 5.3.4 锤击处理
• 5.3.5 爆炸消除应力处理
• 5.3.6 温差法消除残余应力
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究生履历