船用大型焊接结构的焊接变形预测实例.docx

船用大型焊接结构的焊接变形预测实例? 34?造船技术2005年第3期(总第265期) 船用大型焊接结构的焊接变形预测实例 罗宇,朱枳锋,鲁华益 (上海交通大学船舶海洋及建筑工程学院,上海200030) 提要对船体结构中常见的焊接接头在焊接过 程中的力学行为进行了热弹塑性有限元分析,确定其 固有应变与热输入的关系.在掌握固有应变规律的基 础上,应用固有应变焊接变形分析软件,对低温储罐结 构的焊接变形进行了预测.表明采用基于固有应变的 弹性板单元有限元法,能够对大型船体结构进行焊接 变形预测. 主题词钢结构焊接变形有限冗法啦变 预测 1前言 我国造船业正在迅速发展,为了提高造船生产 效率,精度造船的概念正越来越得到各船厂的重视. 只有准确地预测焊接变形,才能有针对性地采取相 应措施控制焊接变形,实现精度造船.困此,从这个 意义J==说,预测大型船体结构的焊接变形,是精度造 船的基础.根据近年来焊接数值分析的发展,简单 结构的焊接数值分析,基本上能够通过考虑众多影 响【犬J素的热弹塑性法进行.然而对于大型焊接结 构,由于结构复杂,焊缝多,以目前的计算机硬件能 力,采用热弹塑性的方法是不现实的. 本义仅以船用低温储罐为例,先采用分析其常 见焊接接头的方式,了解焊接热输入与固有应变的 关系,冉将此关系输入』二海交通大学与日本大阪大 学联合开发的同有应变焊接变形分析软件,计算低 温储罐结构的焊接变形,以了解低温储罐结构的焊 接变形的规律,为船用大型焊接结构的焊接变形预 测提供参考. 2低温储罐常见焊接接头分析 为了得出NV2—4低碳锰钢固有应变与热输入 关系,先采用j维热弹塑性软件分析常见接头的焊 基金项目:国家自然科学基金项目 作者简介:罗宇(1961一),男,副教授,博士. 接过程. 低温储罐常见焊接接头,有对接接头和T形接 头.其材料为NV2—4低温用低碳锰钢.本研究所 用的材料属性随温度的变化曲线如图1所示. f’ - ///●.p //// / . . /———～— /—\ / /a ●∞6o0舯oIOeO 度,℃ O5OO1O0o150O g,t度,℃ 图l材料属性随温度的变化曲线 p密度,(g/mm)×10; c比热,(J/(g?℃))10; 7传热系数,(J/(mm?s?℃))10; A热导率,(J/(mm?s?℃))10.; a线胀系数,(1/~C)×10 2,1对接接头 对接接头模型尺寸为.长400mm,宽400mm, 厚10mm.划分网格后的单元数为1584.节点数为 2300.通过改变焊接电流.得到同有应变与焊接热 输入参数(h)之『口J的关系如图2和图3所示. 从同有应变与焊接热输入参数(OJh一)的关系 可以看出,随着热输入量的加大,对接接头的横向收 缩和纵向收缩都增大(如图2),『f『『角变形在热输入 量较小时也随着热输入量的加大f『『『增加.但它存在 O06●tO 牡雕 OOOOO0OOO0 5O5O505∞墨._軎:li}歌 yI.蕊肇哩 罗宇,等:船用大型焊接结构的焊接变形预测实例?35? 图2焊接对接接头的横向收缩,纵向 收缩与热输入的关系 O.006 O.004 O.003 O.002 暇 O.001 O O24681O12 热输入(O/h.),J/Ⅲ 图3焊接对接接头的角变形与热输入的关系 一 个最大值(如图3).在实际生产中,通常热输入 量都在最大值以内,所以,对接型接头横向收缩,纵 向收缩和角变形与热输入参数(Q/)的关系可以 近似地认为是线性关系.经过线性拟合,得出对接 型接头横向收缩,纵向收缩和角变形与热输入参数 (Q/h:)的关系如下: 横向收缩量W一一0.18243+0.06388Q;(1) 纵向收缩量SH一一0.05434+0.04004;(2) 角变形AG一一0.002ll+0.00113Q.(3) 其中Q为焊接热输入参数(Q/h:). 2.2T形接头 T形接头模型尺寸为:底板长860mm,宽 600mm,厚9mm;筋板长860mm,高100mm,厚 12mm.为了减少单元数,在不影响计算精度的情 况下,采用了过渡法划分有限元网格,划分网格后的 单元数为4128,节点数为5439. 通过改变焊接速度和改变焊脚长度,计算得到 固有应变与焊接热输入参数(Q/h)之间的关系如 图4至图6所示. 图4焊接T形接头的纵向收缩与热输入的关系 黾 §疸 图5焊接T形接头的横向收缩与热输入的关系 图6焊接T形接头的角变形与热输入的关系 结果表明,采用两种改变热输入参数的方法所 得到的热输入参数和横向收缩的关系曲线基本吻 合.可见,焊接热输入是热影响固有应变值的主要 因素. 同样,经过线性拟合,得出T形接头横向收缩, 纵向收缩和角变形与热输入参数(Q/h!)的