船用低温高强钢三维多层焊接变形有限元模拟

低温高强钢EH36在船舶重要结构部位应用广泛.采用有限元软件,根据EH36钢热物理特性,对其焊接温度场和焊接变形进行了数值模拟.通过选择具备热和结构功能的耦合单元,应用APDL二次开发语言和生死单元技术,在三维方向上,对开坡口厚板的多层焊焊接热循环过程进行了分析,得到工件收缩变形及角变形等数据.结果表明,第一层焊接变形与第二层焊接变形大小和趋势存在差异,而后焊部位的焊接变形也不同于先焊部位.通过常见的V形坡口和U形坡口焊接变形大小的比较,在坡口截面尺寸相同的情况下,得到U形坡口焊接角变形明显小于V形坡口的结论.     

复杂结构焊接变形预测的模块载荷法特性

应用力学和有限元方法,探讨了基于模块载荷有限元法预测复杂结构焊接变形的力学原理及特性,分析了模块载荷中残余应力和残余应变的载荷特性和有限元分析的收敛性,提出将残余应力载荷力学等效为节点应力载荷的方法,有效地解决了模块载荷有限元法焊接变形的弹性分析中结构易畸变、不收敛问题,并为分析焊接顺序影响提供可能.以船体底部分段为例,采用新提出的模块等效残余应力法预测了结构焊接变形,并且考虑焊接顺序影响,对比分析了焊接顺序对结构焊接变形的影响,试验结果与试验数据的吻合性验证了方法的有效性.     

电致奥氏体增韧高强钢焊接热影响区机理

采用电脉冲处理FH690钢焊接热影响区，利用显微观察和和力学性能试验，分析了电脉冲效应对热影响区韧性的影响。缺口冲击试验结果表明电脉冲处理后热影响区的韧性增强，显微观察断口形貌呈塑性，电子背射衍射试验表明塑性相为奥氏体。在电脉冲作用下，脆性组元的大电阻产生集中的焦耳热和电流密度，依据Boltzmann分布规律，揭示了薄膜状奥氏体在电压梯度、温度梯度及其产生的压应力梯度综合作用下的形成机理。电脉冲作用斑点不超过0.2 mm,与经典焊后热处理韧化技术相比，显示了电脉冲韧化的局域性特征。     

一种结构焊接变形数值分析方法

采用结构力学理论与方法,对结构焊接变形进行了有限元数值模拟.将焊缝等效为残余应力与残余应变,其中,将T形接头视为板条梁,采用热弹塑性有限元分析方法分析了焊后残余应力分布特征和残余应变分布.根据虚功原理将焊缝残余应力等效加载到结构上与焊缝邻近的节点处,采用位移法将残余应变等效加载到结构相应部位.然后采用结构有限元分析方法...     

焊接弧坑热裂纹的力学机制分析

应用断裂力学物理量和有限元方法,分析并揭示焊缝弧坑热裂纹开裂力学机理. 通过应力的无量纲化和正交变换,将热—弹塑性有限元分析获得的节点应力等效为应力强度因子计算模型的外载荷,建立了基于应力强度因子参量的焊缝弧坑热裂纹数值分析模型. 计算并比较焊接热应力作用下焊缝含裂纹单元的张开、剪切和撕裂三类应力强度因子,揭示弧坑裂纹断裂机制并断口试验验证. 结果表明,弧坑热裂纹以拉裂模式主导,在热裂纹敏感区间1100~1000 ℃扩展速度最快,且呈“之”字形开裂取向.     

焊缝热裂纹强度准则分析

采用数值模拟和断口试验的方法分析焊接热裂纹与应力参量间关系. 采用有限单元法分析焊接热弹塑性过程,提取焊缝热过程应力参量的时历. 以热裂纹中纵向裂纹、横向裂纹、焊趾裂纹以及弧坑裂纹为例,对比不同类型的热裂纹所处焊道区域的应力三维度、第一主应力以及剪应力等应力参量在热脆性敏感温度区间的分布特征及对焊接热量输入的依赖性,结合工程经验及断口试验,探讨焊接热裂纹开裂的应力参量作用机制. 结果表明,不同类型热裂纹对应力参量敏感性各不相同,具有不同开裂机理,由此建立不同裂纹类型的强度准则.     

基于弹塑性力学的T形接头焊接变形三维模拟

采用弹塑性力学理论对常见的T形焊接接头的焊接变形进行了数值模拟.焊接过程中母材受热不均匀,材料的热物性参数、弹塑性性能随温度变化呈现非线性关系等都会使结构在焊后存在不均匀的焊接变形.在不同的温度区域,通过选择弹性或塑性矩阵及在塑性区定义屈服条件,采用有限元方法,对T形接头焊接变形过程进行了三维数值模拟.为提高数值模拟的精度,热源模型采用了与实际焊接过程较匹配的Goldak双热源模型.模拟结果表明,在距焊缝一定距离的纵截面上,T形接头的底版产生不均匀的焊接角变形,数值模拟结果与理论分析基本一致,为焊接结构焊接变形的预测及控制打下了基础.     

旋向对竖轴潮流能水轮机阵列特性的影响分析

应用竖轴水轮机阵列水动力性能预报程序研究潮流能水轮机阵列水动力干扰现象。分析单体的相对旋转方向对其自身水动力响应以及对阵列整体获能效率的影响方式、影响程度和影响规律。研究表明:反向旋转水轮机组整体获能效率明显比同向旋转对应值高,水轮机间距越小,反向旋转的优势越明显。和同向旋转相比,反向旋转转子力矩系数均值大,对应的峰值高。较之于同向旋转情况,反向旋转情况下水轮机叶片合力均值略大。     

船体开孔薄板面内剪切屈曲特性研究

船体板材不可避免地存在不同形式的开孔,开孔破坏了结构的连续性,对结构的强度、稳定性具有重要影响,因此研究船体板开孔结构的屈曲特性对保证船舶安全十分重要。在面内载荷作用下,通过画框型剪切夹具、3D全场变形测量-分析系统等对两种不同形式的船体开孔薄板进行剪切屈曲试验,获得了圆形开孔板和方形开孔板的临界屈曲载荷、全场位移/应变信息和拉力-伸长率曲线等;考虑试验夹具的影响,基于Abaqus对不同形式的开孔板进行数值仿真,通过对开孔板进行特征值屈曲分析和非线性屈曲分析,获得了两种不同形式船用开孔薄板的屈曲、后屈曲力学响应信息。通过数值仿真与试验结果的对比研究,验证了数值仿真方法的有效性、准确性。在此基础上,重点剖析载荷-伸长率关系、典型时刻板面全场位移、临界屈曲载荷以及开孔边缘的应力分布响应特征,明确了面积等效情况下圆孔和倒圆角方孔对方形薄板剪切稳定性的影响。为船用薄板面内剪切稳定性的试验和仿真研究以及大型船体结构的设计优化、力学性能评估等提供有益参考。