本文關(guān)鍵詞：大型船體結(jié)構(gòu)焊接變形熱彈塑性有限元數(shù)值模擬方法研究

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【摘要】：熱彈塑性有限元方法作為一種精度高、結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)的焊接數(shù)值模擬方法,被廣泛應(yīng)用于焊接接頭和小型結(jié)構(gòu)的焊接問題研究。但是該方法計(jì)算耗時(shí)長(zhǎng)、運(yùn)算規(guī)模大,難以應(yīng)用于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接模擬。本文針對(duì)焊接模擬熱彈塑性有限元方法,提出了改進(jìn)方法以提高計(jì)算效率,并實(shí)現(xiàn)了大型船體加筋板結(jié)構(gòu)的焊接過程模擬,本文所做工作主要包括:(1)針對(duì)船體焊接中常見的T型接頭形式,基于ABAQUS軟件中具有截面積分特性的shell單元配合solid單元提出了shell/solid模型方法,有效的降低了建模復(fù)雜程度和求解自由度。通過對(duì)T型接頭焊接變形和殘余應(yīng)力計(jì)算對(duì)比,驗(yàn)證了采用shell/solid模型模擬結(jié)構(gòu)焊接過程的計(jì)算精度。(2)提出了焊接模擬瞬時(shí)移動(dòng)熱源的簡(jiǎn)化等效方法,將瞬時(shí)移動(dòng)熱源簡(jiǎn)化為分段移動(dòng)熱源:將焊縫劃分為若干段,忽略各段內(nèi)的熱源移動(dòng)效應(yīng),沿焊縫方向依次施加各段的段狀熱流密度。通過T型接頭算例計(jì)算對(duì)比表明,通過合理劃分分段數(shù)目,分段移動(dòng)熱源可以在保證相近的計(jì)算精度下,有效的降低計(jì)算耗時(shí)。(3)將shell/solid模型和分段移動(dòng)熱源應(yīng)用于大型船體加筋板結(jié)構(gòu)的焊接過程模擬,計(jì)算了焊接變形和殘余應(yīng)力,通過與實(shí)測(cè)值比較,驗(yàn)證了該方法的可行性和可靠性。
【關(guān)鍵詞】：熱彈塑性有限元方法 shell/solid模型 分段移動(dòng)熱源 大型船體結(jié)構(gòu) 焊接變形與殘余應(yīng)力
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：U671.8
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 研究背景和意義9-10
• 1.2 焊接變形預(yù)測(cè)方法國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 理論及試驗(yàn)方法11
• 1.2.2 熱彈塑性有限元方法11-13
• 1.2.3 固有應(yīng)變方法13-14
• 1.3 船體結(jié)構(gòu)焊接問題研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.1 船體結(jié)構(gòu)焊接變形和殘余應(yīng)力預(yù)測(cè)14-15
• 1.3.2 船舶焊接變形與殘余應(yīng)力控制方法15-16
• 1.3.3 船體結(jié)構(gòu)焊接缺陷研究16
• 1.4 本課題主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 第二章 焊接熱彈塑性有限元理論18-31
• 2.1 焊接模擬熱彈塑性有限元理論18-26
• 2.1.1 傳熱學(xué)理論18-19
• 2.1.2 溫度場(chǎng)分析理論19-22
• 2.1.3 力學(xué)場(chǎng)分析理論22-26
• 2.2 焊接熱源數(shù)學(xué)模型26-29
• 2.2.1 集中熱源26
• 2.2.2 平面分布熱源26-28
• 2.2.3 體積分布熱源28-29
• 2.3 順序耦合熱彈塑性有限元分析29-30
• 2.4 本章小結(jié)30-31
• 第三章 基于Shell單元的T型接頭焊接數(shù)值模擬31-54
• 3.1 概述31
• 3.2 基本原理31-35
• 3.2.1 Shell單元三維熱傳導(dǎo)原理33-34
• 3.2.2 線性約束方程34-35
• 3.3 T型接頭有限元模型35-41
• 3.3.1 焊接試驗(yàn)35-37
• 3.3.2 有限元網(wǎng)格劃分37-38
• 3.3.3 焊接熱源38-39
• 3.3.4 材料物理性能39-40
• 3.3.5 邊界條件40-41
• 3.4 計(jì)算結(jié)果分析與討論41-52
• 3.4.1 溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果41-44
• 3.4.2 焊接變形計(jì)算結(jié)果44-46
• 3.4.3 殘余應(yīng)力和應(yīng)變46-52
• 3.5 計(jì)算效率對(duì)比52-53
• 3.6 本章小結(jié)53-54
• 第四章 焊接分段移動(dòng)熱源模型研究及應(yīng)用54-70
• 4.1 概述54
• 4.2 焊接分段移動(dòng)熱源模型54-57
• 4.3 有限元數(shù)值模擬與驗(yàn)證57-68
• 4.3.1 有限元模型58-59
• 4.3.2 焊接熱源和邊界條件59-60
• 4.3.3 計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證60-68
• 4.4 計(jì)算效率對(duì)比68-69
• 4.5 本章小結(jié)69-70
• 第五章 船體加筋板結(jié)構(gòu)焊接熱彈塑性有限元模擬70-90
• 5.1 概述70
• 5.2 計(jì)算方法介紹70-73
• 5.2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)70-71
• 5.2.2 計(jì)算流程71-73
• 5.3 計(jì)算模型73-75
• 5.3.1 局部結(jié)構(gòu)計(jì)算模型73
• 5.3.2 整體加筋板結(jié)構(gòu)計(jì)算模型73-74
• 5.3.3 材料特性、熱源和邊界條件74-75
• 5.4 局部結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果75-80
• 5.4.1 溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果75-77
• 5.4.2 力學(xué)場(chǎng)計(jì)算結(jié)果77-80
• 5.5 船體加筋板結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果80-89
• 5.5.1 溫度場(chǎng)計(jì)算結(jié)果80-82
• 5.5.2 焊接變形計(jì)算結(jié)果82-85
• 5.5.3 殘余應(yīng)力計(jì)算結(jié)果85-89
• 5.6 本章小結(jié)89-90
• 第六章 總結(jié)與展望90-92
• 參考文獻(xiàn)92-99
• 致謝99-101
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文101-103

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1 侯志剛,馬W，

本文編號(hào)：766227